HART協(xié)議是總線協(xié)議的一類。那么在越來越復(fù)雜的智能應(yīng)用中起著不小的作用。這里我們就來對(duì)這方面的一個(gè)應(yīng)用改進(jìn)型一下闡述。首先我們了解的是智能變送器的原理。那么在這里HART協(xié)議有什么應(yīng)用呢？

1. HART協(xié)議的智能變送器的原理

1.1關(guān)于HART協(xié)議

HART協(xié)議參照“ISO/OSI"的模型標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了HART通訊的物理信號(hào)方式和傳輸介質(zhì)｡HART協(xié)議采用了Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào),即在4-20mA的模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的正弦調(diào)制波,1200Hz代表邏輯“1",2200Hz代表邏輯“0",由于所疊加的正弦信號(hào)平均值為0,所以數(shù)字通訊信號(hào)不會(huì)干擾4-20mA的模擬信號(hào)｡因此HART協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)是能兼容數(shù)字信號(hào)通訊和模擬信號(hào)傳輸｡

1.2變送器的構(gòu)成

變送器是由傳感器和智能變送部分組成｡對(duì)不同的變送器,其傳感器各不相同,輸出的模擬信號(hào)也不相同但要求傳感器部分的耗電不得超過1mA｡智能變送部分關(guān)鍵是解決低功耗問題｡由于HART數(shù)字通訊的要求,有0.5 mA的正弦波疊加在4mA電流上,因此整個(gè)智能變送器的硬件電路必須保證在3.5mA的工作電流下還能正常工作｡傳感器部分將消耗1mA左右的電流｡因此智能變送部分耗電在2.5mA內(nèi)｡在如此小的電流使CPU､A/D､D/A､以及MODEM還能正常工作｡因此智能變送器的核心是低功耗技術(shù),同時(shí)在遠(yuǎn)距離數(shù)字通訊時(shí)對(duì)電源和電纜有一定的要求｡

1.3可能存在的故障

基于基于HART協(xié)議的智能變送器的原理,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)載波干擾､電纜的電容過大､到表頭的電壓低于11V､回路電阻過大等原因造成智能變送器運(yùn)行故障｡下面就應(yīng)用中的幾例罕見故障來加以說明｡

2.應(yīng)用中的幾例罕見故障及原因分析

2.1電纜太長(zhǎng),智能變送器現(xiàn)場(chǎng)不通訊｡

ST3000單法蘭液位變送器,投用不通訊｡現(xiàn)場(chǎng)檢查電壓為22.3V,正常范圍｡撤回車間校驗(yàn),通訊及儀表工作正常(用268通訊器)｡分析其原因電纜電容大于HART通訊設(shè)備允許的最大電容｡HART通訊頻率較高(1-2KHz)要求網(wǎng)絡(luò)的T=RC不大于0.65μs｡因此HART通訊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的最大電容限制了通訊最大距離:

最大電纜長(zhǎng)度M=(160000-Cmaster)/Ccable

160000-根據(jù)HART通訊網(wǎng)絡(luò)允許的時(shí)間常數(shù)計(jì)算而得的常數(shù),反映通訊網(wǎng)絡(luò)允許的最大電容:PF

Cmaster-控制系統(tǒng)或HART濾波器的電容:PF

Ccable-電纜分布電容:PF

因此網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù) T=RC=(0.025*650)*(400*650)/1000000=4.2μs 〉0.65

可見由于電纜緣故,使網(wǎng)絡(luò)時(shí)間常數(shù)太大,導(dǎo)致通訊嚴(yán)重失真,而無法通訊,但對(duì)模擬信號(hào)無影響,改用2.5sq的交聯(lián)電纜(Cmster為90PF/M)即可解決｡

2.2變頻器載波干擾

(1)智能變送器現(xiàn)場(chǎng)不通訊,甚至變送器誤指示0流量的3051差壓指示48%,檢查現(xiàn)場(chǎng)電壓均正常,并聯(lián)0.1μF電容雖不能通訊,但指示正確,可以確認(rèn)這是線路干擾問題｡分析原因2KHz左右高頻電磁干擾影響HART協(xié)議通訊器的信號(hào),使變送器產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)｡變頻器的載波頻率取決于其型號(hào)及容量,一般為2.0-16KHz(根據(jù)負(fù)荷組態(tài))｡HITACHIJ300-110HF95(VT)和150HF5(VT)型載波頻率大都組態(tài)設(shè)置為2KHz與HART通訊頻率十分接近,這個(gè)“0"信號(hào)頻率附近的雜波影響Smart變送器,使它不能正確響應(yīng)275信號(hào),甚至按此信號(hào)錯(cuò)誤地轉(zhuǎn)為電流輸出或其它錯(cuò)誤操作方式｡采取增大儀表電纜與動(dòng)力電纜的距離的改造措施｡

(2)壓力變送器E+H,PMC-133型,配備變頻器,投用后,指示偏低,變頻器停下,恢復(fù)正常

(3)ST3000經(jīng)常出現(xiàn)輸出信號(hào)大幅步波動(dòng),經(jīng)仔細(xì)觀察,發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象類似于用SFC通訊器調(diào)整變送器參數(shù)后確認(rèn)后,便送器重新初始化的狀態(tài)｡分析其原因是變頻器所產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)及電機(jī)頻繁啟停的尖峰脈沖干擾,導(dǎo)致智能變送器自動(dòng)復(fù)位,試在變送器的信號(hào)端上并接100V,4.7μ f電容問題得以解決｡

(4)美國(guó)康創(chuàng)(control)SYSTEM990超聲波流量計(jì),突然指示異常:指示值亂跳,輸出電流也隨之變化,或隔一段時(shí)間指示就回零｡分析其原因是變頻器干擾｡解決措施將電纜變?yōu)槠帘坞娎|,將屏蔽層與探頭電纜屏蔽層一同接地,信號(hào)線與地之間跨接電容無效的情況下,試將探頭負(fù)端與屏蔽層一同接地,儀表恢復(fù)正常｡

(5)加拿大妙省力Mini Ranger Plus分體式超聲波液位計(jì),用作液位指示,將其轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)變?yōu)樽冾l器的輸入,投用時(shí),儀表的指示值固定在某一值上,變頻器停運(yùn)儀表正常指示｡分析原因儀表輸出隔離特性差｡

回路電阻影響,測(cè)量小信號(hào)時(shí)儀表指示正常,隨著測(cè)量信號(hào)的增大儀表輸出開始波動(dòng),撤回車間校驗(yàn)正常,經(jīng)反復(fù)查找原因,發(fā)現(xiàn)回路電阻過大所致｡可采用以下方案解決｡采用內(nèi)阻較小安全柵,信號(hào)線以減少回路內(nèi)阻｡若存在不經(jīng)濟(jì)或存在困難,可把DCS供電改為外接電源供電,但為保證電路安全和與SFC的通訊須在回路串接一電阻,其值大小和導(dǎo)線電阻之和不小于250歐姆,這樣可提高閉環(huán)電路的供電壓,保證了表頭電壓大于11V.｡