摘 要：HART通訊協(xié)議是現有技術(shù)下應用范圍#為廣泛、技術(shù)成熟度#高的通訊協(xié)議，HART手操器也在變送器檢定過(guò)程中被廣泛應用。本文shou先對于HART手操器進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，然后較為詳盡的介紹了變送器工作原理，#后詳細介紹了HART手操器在變送器檢定過(guò)程中的具體運用細節。
0 【HART手操器在變送器檢定中的運用】引言
目前工業(yè)生產(chǎn)中所采用的智能儀表多數都具備 HART協(xié)議通訊使用功能，HART 通訊協(xié)議是現有技術(shù)下應用范圍#為廣泛、技術(shù)成熟度#高的通訊協(xié)議，HART手操器在使用過(guò)程中也擁有諸多優(yōu)勢，例如：操作直觀(guān)、高效、便于攜帶，能夠深入查詢(xún)智能儀表發(fā)生故障處的故障信息。在很大程度上縮減了技術(shù)人員在故障后處理故障所需要的時(shí)間，也免去了不必要的探測程序，#主要的是，HART通訊協(xié)議是國際通用協(xié)議，HART 手操器具有極強的兼容性，因此得以廣泛應用。
1 水均益和王君概述HART手操器
HART® 手操器可在 4mA ～ 20mA 之間的電流環(huán)中通過(guò)，在連接上如果設備能夠與HART®之間是兼容的關(guān)系，那么任何 HART® 設備都可以連接，在滿(mǎn)足這個(gè)條件之后還應符合存在負載電阻的必要條件要求，負載電阻的#小值為250Ω。FSK技術(shù)是HART手操器主要采用的一種技術(shù)，其電流信號以疊加的方式進(jìn)行傳輸，4mA ～ 20mA 的模擬信號不會(huì )受到手操器與其兼容設備的通訊影響。在進(jìn)行通信主要依靠的是HART®手操器與協(xié)議儀表，HART® 儀表在配置上主要處理的對象是參數的設定（包括量程上下限等參數），對儀表數值的設定與檢測值的讀取，還有故障診斷維護等內容。這種手操器支持地衣主設備（包括 HART® 網(wǎng)橋等在內的設備），地衣主設備主要存在于 HART® 協(xié)議當中，不僅對其協(xié)議的通信點(diǎn)對點(diǎn)方式，而且還對其通信的多點(diǎn)方式也同樣支持。如圖 1 所示，HART 手操器的主要操作部分可以分為液晶顯示、動(dòng)作鍵、字母鍵以及 Shift 鍵 4 個(gè)主要部分。不僅對于相對距離較遠的遠端控制室，還是儀表來(lái)說(shuō)都可以將 HART 手操器接入，并單好操作 HART® 儀表，以此促使通信操作的正常進(jìn)行。如圖 3 中的連接操作，HART® 協(xié)議設備與手持器保持并聯(lián)的連接方式，也能夠與電阻值為 250Ω 的負載電阻以并聯(lián)的方式連接，引線(xiàn)極性不在考慮范疇之內，如圖 2、3 所示的連接圖。
PC 接口部分由電平轉換器與 PC 機串口連接，這個(gè)端口主要是對儀表庫進(jìn)行升級。
由于 HART® 協(xié)議規定，HART 手操器與其所進(jìn)行連接的變送器之間的回路中必須串聯(lián)一般為 250Ω ～ 1100Ω的負載電阻。因此，對于儀表電壓提出了一定的要求，如圖 4 所示在區間內，手操器可以和儀表正常連接，當電源電壓在規定電壓范圍以外時(shí)，手操器無(wú)法與設備正常連接。需要注意的是，如果手操器在開(kāi)機之后在線(xiàn)設備的自動(dòng)輪詢(xún)地址數值為 0，設備未連接時(shí)手操器會(huì )顯示“地址 0 未發(fā)現設備，是否查找其它設備”。
2 水均益和王君談變送器的工作原理
變送器的主體結構可以劃分為兩大部分：其中一部分是傳感器部分；另一個(gè)部分是電子線(xiàn)路板。傳感器部分由直接數字電容電路、傳感器特征化元件、敏感元件以及溫度傳感器四個(gè)部分構成。傳感器部分的主要元件有特征化元件、直接數字形式的電容電路、電子線(xiàn)路部分由數字 /模擬信號轉換器、存儲器、數字通信以及微處理器組成。對于一些智能化的變送器來(lái)說(shuō)，在傳感部分主要采用智能傳感器，這種傳感器外觀(guān)體積小，精度卻很高，在轉換原理的基礎上對傳感器做了部分改良，選用直觀(guān)性更強的數字電容電路，傳統電路電路中的 A/D 轉換或者放大電路被取代，溫度與靜壓補償的完成由數字化技術(shù)負責，對測量精度來(lái)說(shuō)是有效的提高。也在很大程度上抑制了溫度漂移。
在 HART 協(xié)議基礎之上所衍生的智能壓力變送器以及溫度變送器能夠適應于各種壓力環(huán)境，能同時(shí)工作于氣體、液體以及蒸汽介質(zhì)的環(huán)境下，完成相關(guān)溫度與的壓力數據的測量。與采用的其他類(lèi)型 HART 設備相比相似的一點(diǎn)是，變送器的 HART 通信功能也是支持雙向與遠程的。主變量通過(guò)模擬信號經(jīng) 4mA ～ 20mA 電流信號傳遞。此外，HART 通信功能還能夠完成在系統工作過(guò)程中主變量參數的采集以及校準、組態(tài)、診斷等功能，并且不對于模擬信號的傳遞造成影響。如圖 5 所示。
1）傳感器主要構造元件
敏感元件：介質(zhì)壓力#終會(huì )傳遞到測量膜片中，測量膜片位于 δ 室中心，這期間需要經(jīng)由隔離膜片、灌充油來(lái)傳遞，測量膜片這種元件緊密而具有彈性，適用于對差壓的檢測。膜片位移、差壓二者之間是正比例的關(guān)系，允許#大位移值為 0.004in（0.10mm）。位置的確定借助直接數字形式的電容電器在膜片兩側固定電容的極板上進(jìn)行檢測。如圖 6 所示傳感器主要構造元件圖。
隔離數字電容電路：該電路主要是對頻率信號進(jìn)行轉換，這種信號來(lái)源于敏感元件的承受壓力，壓力信號隨著(zhù)頻率信號的增強而增強，便于 CPU 采樣之用。溫度傳感器：從名稱(chēng)上來(lái)看溫度傳感器是對壓力傳感器在工作運行中產(chǎn)生的溫度而進(jìn)行的測量，將測量的數值轉為數字信號，促使微處理器對數字溫度進(jìn)行補償。特征化 EEPROM：主要用于對傳感器特征化曲線(xiàn)的描述、對特征數據等數據信息的數字微調以及變送器溫度補償的存儲。在關(guān)閉電源的情況下，保存在存儲器中的數據仍然保持完整性，EEPROM總存貯容量節數可達512字節。
2）電子線(xiàn)路板主要構成
HART 主電路模塊：變送器受到微處理器的控制，而壓力敏感元件的工作壓力由隔離數字電容電路測量，工作中的介質(zhì)溫度由溫度傳感器測量。微處理器以傳感器特征化 EEPROM 數據作為依據，分別做線(xiàn)性處理，與進(jìn)行補償運算，將工作介質(zhì)有關(guān)的壓力值計算出來(lái)，其中一部分送往數 / 模轉換器，一部分送往 HART® 通信部分，另外微處理器還具有傳遞函數運算等功能。數 / 模轉換器：按照輸出形式將數字化形式的壓力信號在修正之后，轉為電流值為 4mA ～ 20mA 的模擬信號，并將模擬信號傳輸給輸出回路。HART® 通信：FSK 信號以疊加的方式在 4mA ～ 20mA的回路上存在，發(fā)送部分同樣以信號疊加的形式存在于回路上。
多功能 LCD 顯示器：不僅可以顯示壓力、電流值、百分比、環(huán)境溫度等信息。配合按鍵，還可以完成功能強大的現場(chǎng)調整。
3 HART 手操器對變送器的現場(chǎng)檢定分析
3.1 改變儀表量程
隨著(zhù)工業(yè)控制愈發(fā)精準，初始設計和#終工藝之間的誤差變的不可接受，有別于傳統儀表，HART 儀表配合HART 手操器可以輕松消除這個(gè)誤差，如：根據儀表所要執行任務(wù)的不同與儀表工藝的不相同，其量程必須進(jìn)行相應的調整，以便于測量結果更加直觀(guān)、準確，利用 HART手操器可輕松實(shí)現這一操作過(guò)程。其使用步驟如下：
1）連接變送器與手操器。
2）進(jìn)入聯(lián)機菜單模式，選擇在線(xiàn)設備菜單。
3）進(jìn)入主菜單，選擇詳細設置菜單。
4）分別調節量程的上限 URV 和量程下限 LRV，修改儀表的量程。
3.2 改變儀表電流值
新建工廠(chǎng)在設備投產(chǎn)前，需要進(jìn)行設備聯(lián)調，此時(shí)HART 儀表配合 HART 手操器可以在系統沒(méi)有正常開(kāi)機的情況下輸出固定電流，可輸出 4mA ～ 20mA 之間的任意值和儀表采集信號無(wú)關(guān)，模擬系統正常工作情況，對系統進(jìn)
行測試，方便發(fā)現錯誤。其使用步驟如下：
1）連接變送器與手操器。
2）進(jìn)入聯(lián)機菜單模式，選擇在線(xiàn)設備菜單。
3）進(jìn)入主菜單，選擇診斷服務(wù)菜單。
4）在環(huán)路電流檢測菜單模擬輸出電流即可
3.3 多點(diǎn)輪詢(xún)模式
某些特定工況下，電流過(guò)低會(huì )影響正常使用，使工作不能正常執行；電流過(guò)高則極易造成設備的燒損。因此，必須嚴格加以控制。一般說(shuō)來(lái)，為了簡(jiǎn)化線(xiàn)路。避免冗余線(xiàn)路造成回路復雜，辨識度不高，天然氣管理中心經(jīng)常將數個(gè)變送器的線(xiàn)路連接于同一回路中，盡管同一回路，但連接點(diǎn)不同，此時(shí)需要給變送器分配不同地址，HART協(xié)議規定地址可以是 0 ～ 15 以?xún)鹊娜我鈹底郑ò?0、
15），在中控室尋找不同地址，即可很容易采集到各個(gè)點(diǎn)的數據。地址分配過(guò)程中，難免會(huì )設置錯誤，導致地址不非常好，導致通訊沖突，HATR 手操器依賴(lài)于其出色的通訊功能，可以輕松解決此類(lèi)問(wèn)題，重新分配地址，使系統正常運行。其操作流程如下：
1）連接變送器與 HATR 手操器。
2）變更 HATR 手操器主菜單訪(fǎng)問(wèn)方式，進(jìn)入手操器設置菜單 ( 按鍵“1”)，顯示“輪詢(xún)菜單”Polling 后，將“從不輪詢(xún)”(NeverPoll) 更改為“始終輪詢(xún)”(AlwaysPoll)，同時(shí)將 0 作為變送器連接地址。
3）如果執行上述操作后，該地址仍然不能發(fā)現設備。則會(huì )進(jìn)入自動(dòng)輪詢(xún)地址模式，在 1 ～ 15 之間循環(huán)切換地址序列號。此時(shí)應返回通過(guò)主菜單 (online 模式 )，選 擇“ 設 備 設 置” DeviceSetup（ 按 鍵 1）， 然 后 進(jìn) 入“詳細設置”DetailedSetup( 按鍵 4)，選擇“輸出條件”OutputCondition，選擇“HART 輸出”HARTOutput，選擇“輪詢(xún)地址”PollAddress0，然后按照檢查規程重新逐一排查檢查項目。
4） 將地址設定為 0 ～ 15 以?xún)鹊娜我鈹底郑ò?0、15），就可以使系統重新正常運行。
4 變送器模式的變更
在溫度變送器檢定的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )出現變送部分配阻、配偶等交換使用的情況，這就需要對于變送器的模式進(jìn)行更改，然而在變送器部分實(shí)現這一調節比較麻煩，通過(guò)手操器更改變送模式，可以輕松實(shí)現這一功能，具體過(guò)程類(lèi)似于“3.3 多點(diǎn)輪詢(xún)模式的過(guò)程 3）”，只是在“詳細設置”中，選擇“傳感器——溫度傳感器”，即可實(shí)現變送部分的變更設置。
5 【HART手操器在變送器檢定中的運用】結束語(yǔ)
HART 手操器的投入，實(shí)現了變送器控制過(guò)程中儀表量程改變、變送器電流值鎖定與解鎖、變送器模式更迭，在很大程度上便利了變送器的使用，簡(jiǎn)化了變送器操作過(guò)程中一些很復雜的程序，避免了不必要的時(shí)間浪費，給生產(chǎn)操作帶來(lái)極大便利。目前關(guān)于此項可供參考的研究文獻尚少，一些概念、專(zhuān)有名詞等的解釋不夠清楚明了，此項研究開(kāi)展以及論文攥寫(xiě)較為困難。因此，本文難免有些疏漏，望各位同行以及專(zhuān)家學(xué)者批評指教。
本文【HART手操器在變送器檢定中的運用】有水均益和王君提供，轉載請注明淮安三暢儀表。
關(guān)注我們 實(shí)現共贏(yíng)