隨著(zhù)現代工業(yè)的發(fā)展，人們逐漸的認識到效益不再是#為重要的指標而是安全。在化工廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、輸油點(diǎn)、采油點(diǎn)、鉆井平臺等行業(yè)的生產(chǎn)區域中存在著(zhù)甲烷、乙烷、丙烷、硫化氫、一氧化碳等各種各樣的對人們有危險的氣體，它們可能會(huì )引起爆炸，可能致人死亡。因此能夠發(fā)現這些無(wú)形的隱患并將其控制或消滅是再好不過(guò)的了。因此在全shijie對這個(gè)問(wèn)題關(guān)注起來(lái)的同時(shí)，基于HART協(xié)議的可燃氣體探測器也就應運而生了。

 

1HART協(xié)議

HART協(xié)議是可尋址遠程變送器數據通道協(xié)議的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國Rosement公司于1985年推出的一種用于現場(chǎng)智能儀表和控制室設備之間雙向通信的協(xié)議規程。HART協(xié)議采用了美國貝爾實(shí)驗室的Rell202通信標準中的頻移鍵控FSK(FreguencyShiftKeying)技術(shù)，在傳統的4～20mA的直流模擬信號上疊加一個(gè)幅度為0．5mA的音頻數字信號進(jìn)行雙向數字通信。由于FSK信號的平均值為0，因此，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，從而保證了與現有模擬系統的兼容性［1－2］。在HART協(xié)議通信中，主要的變量和控制信息由4～20mA傳送，在需要的情況下，其他如檢測、過(guò)程參數、設備組態(tài)、校準、診斷信息通過(guò)HART協(xié)議的數字信號傳輸。HART協(xié)議采用了ISO開(kāi)放系統互連模型OSI的簡(jiǎn)化為3層模型結構，即地衣層物理層，第二層數據鏈路層和第七層應用層［3－4］。

 

由HART通信協(xié)議構成的現場(chǎng)總線(xiàn)(簡(jiǎn)稱(chēng)HF)系統采用主從工作方式。主機為1臺PC機或手持編程器(簡(jiǎn)稱(chēng)手操器);從機為1臺或多臺遵守HART協(xié)議的HF智能現場(chǎng)設備。當從機只有1臺HF智能設備現場(chǎng)，即智能現場(chǎng)設備工作在點(diǎn)—點(diǎn)方式時(shí)，主要測量參數可繼續使用傳統的的4～20mA信號進(jìn)行模擬傳輸，其他的測量、診斷信息、調整和測試數據則用數字方式傳輸; 當從機為多臺 HF 智能現場(chǎng)設備時(shí)，即智能現場(chǎng)設備工作在多站方式時(shí)，4 ～20 mA 信號作廢，每臺設備工作電流約為 4 mA。所有測量，診斷信息、調整和測量數據均用數字方式傳輸。由于每臺 HF 設備有非常好的編號，因此，主機能對每一臺設備進(jìn)行操作。當工作在此模式下，滿(mǎn)足要求時(shí)，單個(gè)電源#多可#多遠程供電 15 臺設備; 如果本地供電，可連接更多數量的設備。按照現場(chǎng)總線(xiàn)的定義，HART 通信協(xié)議并不完全符合現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)要求，可以說(shuō)它并不是真正意義上的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，只是模擬系統和數字總線(xiàn)之間的一種過(guò)渡措施。但它畢竟向現場(chǎng)總線(xiàn)邁近了一步。符合 HART 協(xié)議的現場(chǎng)總線(xiàn)儀表在不中斷過(guò)程信號傳輸的情況下在同一模擬回路上同時(shí)進(jìn)行數字通信，使用戶(hù)獲得了診斷和維護的信息，以及更多的過(guò)程數據。經(jīng)過(guò) 28年的發(fā)展，HART 協(xié)議技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟，并已經(jīng)成為全球智能儀表的工業(yè)標準。HART 協(xié)議構成的現場(chǎng)總線(xiàn)系統 HF 與傳統的 DCS 和真正意義的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統 FCS 的比較見(jiàn)表1。

2 可燃氣體報警器

可燃氣體報警器就是氣體泄露檢測報警儀器。當工業(yè)環(huán)境中可燃或有毒氣體泄露時(shí)，氣體報警器檢測到氣體濃度達到爆炸或中毒報警器設置的臨界點(diǎn)時(shí)，可燃氣體報警器就會(huì )發(fā)出報警信號，以提醒工人采取安全措施，并驅動(dòng)排風(fēng)、切斷、噴淋系統，防止發(fā)生爆炸、火災、中毒事故，從而保障安全生產(chǎn)�？扇細怏w報警器#初主要用于監測礦井中的瓦斯氣體; 后來(lái)隨著(zhù)石油化工的發(fā)展，安全防暴問(wèn)題逐步地引起人們的重視，此類(lèi)儀表也被用于監測石油化工中的可燃氣體泄漏及滯留情況，儀表性能也越來(lái)越趨于完善、可靠。

 

我國采用的可燃氣體探測器#初主要從國外進(jìn)口，后來(lái)煤礦安全保護研究機構與一些儀表廠(chǎng)合作，研制出利用氣敏導體檢測元件的儀表，并逐漸用于石油化工中。

 

2．1 可燃氣體探測器分類(lèi)

按照使用環(huán)境可以分為工業(yè)用氣體報警器和家用燃氣報警器，按自身形態(tài)可分為固定式可燃氣體報警器和便攜式可燃氣體報警器，按工作原理分為催化型、紅外光學(xué)型兩種類(lèi)型。工業(yè)用固定式可燃氣體報警器由報警控制器和探測器組成，控制器可放置于值班室內，主要對各監測點(diǎn)進(jìn)行控制，探測器安裝于可燃氣體#易泄露的地點(diǎn)，其核心部件為內置的可燃氣體傳感器，傳感器檢測空氣中氣體的濃度。探測器將傳感器檢測到的氣體濃度轉換成電信號，通過(guò)線(xiàn)纜傳輸到控制器，氣體濃度越高，電信號越強，當氣體濃度達到或超過(guò)報警控制器設置的報警點(diǎn)時(shí)，報警器發(fā)出報警信號，并可啟動(dòng)電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設備，自動(dòng)排除隱患［5 －6］ 。

 

便攜式可燃氣體報警器為手持式，工作人員可隨身攜帶，檢測不同地點(diǎn)的可燃氣體濃度，便攜式氣體檢測儀集控制器，探測器于一體，小巧靈活。與固定式氣體報警器相比主要區別是便攜式氣體檢測儀不能外聯(lián)其他設備。家用可燃氣體探測器也可以叫做燃氣報警器，主要用于檢測家庭煤氣泄漏。

 

2．2 可燃氣體探測器工作原理 ［7 －10］

催化型可燃氣體探測器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來(lái)測定可燃氣體濃度。當可燃氣體進(jìn)入探測器時(shí)，在鉑絲表面引起氧化反應( 無(wú)焰燃燒) ，其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化。紅外光學(xué)型是利用紅外傳感器通過(guò)紅外線(xiàn)光源的吸收原理來(lái)檢測現場(chǎng)環(huán)境的碳氫類(lèi)可燃氣體。

紅外線(xiàn)可燃氣體探測器屬于無(wú)干擾智能型產(chǎn)品，具有良好的安全性能，操作靈活簡(jiǎn)便。這種探測器的一個(gè)主要的特點(diǎn)是它的自動(dòng)校準功能，可以通過(guò)帶背光的液晶顯示屏上的提示一步步地引導操作者進(jìn)行校準。紅外線(xiàn)氣體探測器提供三種不同的輸出方式: 模擬信號 4 ～20 mA 直流電; RS －485 通訊接口及 3個(gè)繼電器( 兩個(gè)報警，一個(gè)故障自檢) ，可對警鈴進(jìn)行現場(chǎng)調試和編程。這些不同的輸出方式為系統建立提供了#大的靈活性。則只提供 4 ～20 mA 直流電的輸出�？刂齐娐芬晕⑻幚硇酒瑸榛�礎，封裝成一個(gè)即插型模塊并被連在標準的連接模板上。傳感器及信號發(fā)生器被安裝在一個(gè)防爆機殼內，機殼上有玻璃罩。帶有背光的數字顯示屏既可顯示傳感器讀數也可在編程時(shí)顯示菜單功能。

3 現場(chǎng)可燃氣體探測器檢測

現場(chǎng)用羅斯蒙特 475 手操器對德?tīng)柛竦奶筋^進(jìn)行檢驗，手操器如圖 3。

3．1 使用手操器的意義

HART 通訊手操器用來(lái)與所有流行 HART 智能變送器直接通信，作為一臺多功能手操器使用，用于維護和診斷 HART 儀表。使用它幾乎可用來(lái)完成所有的現場(chǎng)儀表檢修調試工作，包括故障診斷，日常檢修，開(kāi)車(chē)調試，校準等。

 

3．2 手操器的作用

羅斯蒙特的 475 型手操器支持 HART 協(xié)議，因此只要是支持 HART 協(xié)議的電氣儀表，例如可燃氣體報警器、火焰探測器、溫度變送器等都可以利用此手操器進(jìn)行人機對話(huà)，對這類(lèi)儀表進(jìn)行故障診斷，日常檢修，開(kāi)車(chē)調試，校準等工作。例如使用手操器對支持 HART 協(xié)議的可燃氣體探測器進(jìn)行檢驗:

 

3．3 手操器得的應用

例如海洋采油廠(chǎng)某海上平臺上配備的德?tīng)柛?Polytron 2 IR－334 型紅外可燃氣體探測器( 圖 2) ，要求對其零點(diǎn)漂移、示值誤差做主要檢驗項目。

 

操作步驟如下:

( 1) 用專(zhuān)用的四針連接線(xiàn)連接可燃氣體探測器接口( 圖 3) ，后打開(kāi)手操器。

( 2) 在手操器上依次選擇菜單項“Online”、“Process Varia-bles”來(lái)查看探測器的過(guò)程變量的變化。

( 3) 在“Process Variables”下觀(guān)察: 在沒(méi)有通標準氣的情況下零點(diǎn)是否顯示零: 如果顯示零則說(shuō)明該探測器零點(diǎn)未發(fā)生漂移;如果不為零則說(shuō)明零點(diǎn)發(fā)生漂移，需對探測器進(jìn)行調零。

( 4) 探測器調零: 依次選擇菜單項“Online”—“Diag AndService”—“Calibration”—“Sensor Trim”—“Zero Tirm”進(jìn)行調零工作。

( 5) 調零完畢后返回“Process Variables”下再觀(guān)察: 通入50%LEL 的標準甲烷氣體，看過(guò)程變量的數值變化: 如果數值顯示 50%LEL 則說(shuō)明探測器示值準確; 否則為示值有誤差，需要校準。

( 6) 探測器示值校準: 依次選擇菜單項“Online”—“Diag AndService”—“Calibration”—“Sensor Trim”—“Span”進(jìn)行校準工作。要說(shuō)明的是在現場(chǎng)校驗操作時(shí)連接到探測器上后“Sensor Trim”中的“Lower Sensor Trim”、“ Upper Sensor Trim”、“Snsr Trim CalType”、“Sensor Trim Points”四項均顯示為“Span”項。

 

4 結 語(yǔ)

利用 HART 協(xié)議的手操器，我們可以實(shí)現對支持 HART 協(xié)議的電氣儀表的故障診斷，日常檢修，開(kāi)車(chē)調試，校準等工作的開(kāi)展，并且其人性化的設計更好的實(shí)現了人機對話(huà)功能，即便在苛刻的檢測環(huán)境下也可進(jìn)行工作。但由于其只適用于支持HART 協(xié)議的電氣儀表，所以適用范圍還是受到了一定的限制，而且 HART 協(xié)議技術(shù)在現在看來(lái)也是傳統的 DCS 向真正意義的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統過(guò)渡的中間橋梁，HART 手操器在可燃氣體探測器校驗方面會(huì )隨著(zhù) HART 協(xié)議可燃氣體探測器的發(fā)展有很好的應用前景。

 

相關(guān)產(chǎn)品tuijian：HART475手操器