統(tǒng)變送器的HART改造

【v錐流量計相關變送器】HART智能變送器可以根據用戶的不同需求，方便地設置變送器的量程，并且在生產過程中可以針對傳感器的線性度誤差和溫度漂移等特性進行相應的數字特征線性化和數字溫度補償等操作，從而具有生產效率高、精度高、溫度漂移小等優(yōu)點。以上的組態(tài)、線性化等操作都可以通過組態(tài)軟件方便地實現，在現場投運后，也可以通過按鍵或者手持設備在線調整智能變送器參數，所以使現場維護的工作量大大降低。

1        【v錐流量計相關變送器】 HART協(xié)議簡介

HART（highway  addressable  remote  transducer,可尋址遠程傳感器通路）是用于控制系統(tǒng)與現場智能變送器的一種工業(yè)標準通信協(xié)議，由美國Rosemount公司在1986年制定，并在其后幾年進行了修訂、增補后作為開放標準由HART通信基金會向世界發(fā)布。

與其它只支持數字信號傳輸的現場總線協(xié)議相比，HART協(xié)議智能變送器的特點就是在傳輸數字通信信號的同時，保留了4~20mA標準控制信號，可以直接替換原有的模擬儀表，從而成為改造原有模擬設備的理想選擇。與模擬儀表相比，HART智能儀表在成本不增加太大的前提下，具有易于調試、維護和精度更高的優(yōu)點，因而在當前的過渡時期具有很強的市場競爭力。在范圍內，新安裝的現象變送器中已有超過70％符合HART協(xié)議標準。國內由于起步較晚，HART智能變送器所占的比例還比較低，但經過幾年來的推廣，近年已經獲得迅猛的發(fā)展。

HART通信協(xié)議采用了OSI通信協(xié)議參考模型中的層物理層、第二層數據鏈路層和第七層應用層，省略了中間各層。

HART通信協(xié)議的物理層是在4~20mA的模擬信號上疊加Bell202標準的頻移鍵控信號，用兩個不同的頻率1200Hz和2200Hz來表示二進制的1和0，通信傳輸速率固定為1200band。由于疊加在直流上的雙頻率正弦波平均值為0，因而不影響4~20mA的模擬信號。HART協(xié)議規(guī)定：HART協(xié)議主設備（主控制系統(tǒng)或手持器）傳送是一個電壓信號，電壓峰峰值為400~600mV；HART協(xié)議從設備（現場設備）傳送的是一個電流信號，電壓峰峰值為400~600mV；HART協(xié)議從設備（現場設備）傳送的是一個電流信號，電流峰峰值為0.8~1.2mA。

HART的數據鏈路層規(guī)定了通信數據的結構、通信模式、用戶接口原語等。HART通信協(xié)議為主從式協(xié)議，即現場設備只有在被主設備請求時才作出響應。HART協(xié)議允許在同一通信鏈路中存在兩個主設備，主設備通常是計算機或控制室設備，第二主設備通常是手持通信器。

HART通信協(xié)議的應用層命令被定義為三類：通用命令、常用命令、設備專用命令。通用命令的代碼范圍是0~30，它們提供的所有符合HART通信協(xié)議的現場設備所完成的功能，目的是確保在大量并不斷增長的來自不同供應商的符合HART協(xié)議的設備間可互操作，并在日常工廠操作中訪問數據。常用命令的代碼范圍是32~126，它們提供大部分符合HART通信協(xié)議（但不是全部）的現場設備完成的功能。設備專用命令的代碼范圍是128~253，它們提供由基本上的特殊現場設備說完成的功能。

在一個大的系統(tǒng)中，往往集成了多個廠商的變送器。從用戶角度出發(fā)，希望用一個手持器就可以對所有的變送器進行一些常用的操作，這就涉及到了互操作性。為了保證HART協(xié)議產品符合互操作性要求，HART基金會要求其協(xié)議產品必須經過HART基金會的互操作性和一致性測試。HART協(xié)議現場設備的種類繁多，所以認證測試工作變得尤為突出，應進行HART協(xié)議產品物理層測試、數據鏈路層及應用層測試、互操作性測試、設備描述登記等幾項工作。

2        【v錐流量計相關變送器】 傳統(tǒng)變送器與HART智能變送器比較

傳統(tǒng)的4~20mA模擬變送器的生產過程通常是根據用戶的訂貨需要，通過調整零點、線性、增益電位器等方式使變送器的輸出符合用戶的需求。為了獲得比較高的精度，往往需要反復調整，生產效率非常低。投入使用后，如果用戶需要改變變送器的量程，或者在經過長時間運行后儀表出現了漂移而超出了允許精度，往往就需要返回生產廠家對變送器重新進行調校。

   與傳統(tǒng)4~20mA模擬變送器相比，HART智能變送器可以根據用戶的不同需求，方便地設置變送器的量程，并且在生產過程中可以針對傳感器的線性度誤差和溫度漂移等特性進行相應的數字特征線性化和數字溫度補償等操作，從而具有生產效率高、精度高、溫度漂移小等優(yōu)點。以上的組態(tài)、線性化等操作都可以通過組態(tài)軟件方便地實現，在現場投運后，也可以通過按鍵或者手持設備在線調整智能變送器參數，所以使現場維護的工作量大大降低。

HART智能變送器在系統(tǒng)調試時注意以下方面：

①最小端電壓   這是儀表可以正常工作的最小電壓。在回路電流達到值時（例如上限飽和，輸出固定21mA），供電電壓減去負載及電纜壓將后必須高于最小端電壓。

②負載電阻  HART協(xié)議規(guī)定，通信負載電阻范圍為230~1100 。在此范圍內，適當加大負載電阻可以增強通信時的抗力，提高通信可靠性，但同時會減小儀表的供電電壓。所以在實際使用中，需要根據供電電壓及變送器最小端電壓的要求合理選擇負載電阻。

③電纜分布電容   在實際運行中曾有過模擬輸出信號正常，但不能通信的現場。經分析是由于電纜太長、分布電容太大，致使網絡時間常數過大、通信波形嚴重失真而無法通信，此時可以通過更換合適的電纜來解決。