目前工業(yè)生產(chǎn)中所采用的智能儀表，諸如常見的智能差壓變送器等等多數(shù)都具備HART協(xié)議通訊使用功能，HART通訊協(xié)議是現(xiàn)有技術(shù)下應(yīng)用范圍廣泛、技術(shù)成熟度高的通訊協(xié)議，HART手操器在使用過程中也擁有諸多優(yōu)勢(shì)，例如：操作直觀、高效、便于攜帶，能夠深入查詢智能差壓變送器發(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(cè)程序，主要的是，HART通訊協(xié)議是國(guó)際通用協(xié)議，HART手操器具有極強(qiáng)的兼容性，因此得以廣泛應(yīng)用。本文首先對(duì)于HART手操器進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，然后較為詳盡的介紹了智能差壓變送器等儀表的工作原理，詳細(xì)介紹了HART手操器在變送器檢定過程中的具體運(yùn)用細(xì)節(jié)。

 

       1、HART手操器概述

       HART®手操器可在4mA～20mA之間的電流環(huán)中通過，在連接上如果設(shè)備能夠與HART®之間是兼容的關(guān)系，那么任何HART®設(shè)備都可以連接，在滿足這個(gè)條件之后還應(yīng)符合存在負(fù)載電阻的必要條件要求，負(fù)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(hào)以疊加的方式進(jìn)行傳輸，4mA～20mA的模擬信號(hào)不會(huì)受到手操器與其兼容設(shè)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(duì)象是參數(shù)的設(shè)定（包括量程上下限等參數(shù)），對(duì)儀表數(shù)值的設(shè)定與檢測(cè)值的讀取，還有故障診斷維護(hù)等內(nèi)容。這種手操器支持主設(shè)備（包括HART®網(wǎng)橋等在內(nèi)的設(shè)備），主設(shè)備主要存在于HART®協(xié)議當(dāng)中，不僅對(duì)其協(xié)議的通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，而且還對(duì)其通信的多點(diǎn)方式也同樣支持。

       不僅對(duì)于相對(duì)距離較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)端控制室，還是儀表來(lái)說都可以將HART手操器接入，并單獨(dú)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(shè)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(fù)載電阻以并聯(lián)的方式連接，引線極性HART調(diào)試差壓變送器。

       HART調(diào)試差壓變送器

       接口部分由電平轉(zhuǎn)換器與PC機(jī)串口連接，這個(gè)端口主要是對(duì)儀表庫(kù)進(jìn)行升級(jí)。

       由于HART®協(xié)議規(guī)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(fù)載電阻。因此，對(duì)于儀表電壓提出了一定的要求，如圖4所示在區(qū)間內(nèi)，手操器可以和儀表正常連接，當(dāng)電源電壓在規(guī)定電壓范圍以外時(shí)，手操器無(wú)法與設(shè)備正常連接。需要注意的是，如果手操器在開機(jī)之后在線設(shè)備的自動(dòng)輪詢地址數(shù)值為0，設(shè)備未連接時(shí)手操器會(huì)顯示“地址0未發(fā)現(xiàn)設(shè)備，是否查找其它設(shè)備”。

       2、智能差壓變送器的工作原理

       智能差壓變送器的主體結(jié)構(gòu)可以劃分為兩大部分：其中一部分是傳感器部分；另一個(gè)部分是電子線路板。傳感器部分由直接數(shù)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(gòu)成。傳感器部分的主要元件有特征化元件、直接數(shù)字形式的電容電路、電子線路部分由數(shù)字/模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、數(shù)字通信以及微處理器組成。對(duì)于一些智能化的變送器來(lái)說，在傳感部分主要采用智能傳感器，這種傳感器外觀體積小，精度卻很高，在轉(zhuǎn)換原理的基礎(chǔ)上對(duì)傳感器做了部分改良，選用直觀性更強(qiáng)的數(shù)字電容電路，傳統(tǒng)電路電路中的A/D轉(zhuǎn)換或者放大電路被取代，溫度與靜壓補(bǔ)償?shù)耐瓿捎蓴?shù)字化技術(shù)負(fù)責(zé)，對(duì)測(cè)量精度來(lái)說是有效的提高。也在很大程度上抑制了溫度漂移。在HART協(xié)議基礎(chǔ)之上所衍生的智能壓力變送器以及溫度變送器能夠適應(yīng)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(shù)據(jù)的測(cè)量。與采用的其他類型HART設(shè)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(yuǎn)程的。主變量通過模擬信號(hào)經(jīng)4mA～20mA電流信號(hào)傳遞。此外，HART通信功能還能夠完成在系統(tǒng)工作過程中主變量參數(shù)的采集以及校準(zhǔn)、組態(tài)、診斷等功能，并且不對(duì)于模擬信號(hào)的傳遞造成影響。

       1）傳感器主要構(gòu)造元件

       敏感元件：介質(zhì)壓力終會(huì)傳遞到測(cè)量膜片中，測(cè)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(cè)量膜片這種元件緊密而具有彈性，適用于對(duì)差壓的檢測(cè)。膜片位移、差壓二者之間是正比例的關(guān)系，允許位移值為0.004in（0.10mm）。位置的確定借助直接數(shù)字形式的電容電器在膜片兩側(cè)固定電容的極板上進(jìn)行檢測(cè)。

 

       隔離數(shù)字電容電路：該電路主要是對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這種信號(hào)來(lái)源于敏感元件的承受壓力，壓力信號(hào)隨著頻率信號(hào)的增強(qiáng)而增強(qiáng)，便于CPU采樣之用。

       溫度傳感器：從名稱上來(lái)看溫度傳感器是對(duì)壓力傳感器在工作運(yùn)行中產(chǎn)生的溫度而進(jìn)行的測(cè)量，將測(cè)量的數(shù)值轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，促使微處理器對(duì)數(shù)字溫度進(jìn)行補(bǔ)償。特征化EEPROM：主要用于對(duì)傳感器特征化曲線的描述、對(duì)特征數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息的數(shù)字微調(diào)以及變送器溫度補(bǔ)償?shù)拇鎯?chǔ)。在關(guān)閉電源的情況下，保存在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)仍然保持完整性，EEPROM總存貯容量節(jié)數(shù)可達(dá)512字節(jié)。

       2）電子線路板主要構(gòu)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(shù)字電容電路測(cè)量，工作中的介質(zhì)溫度由溫度傳感器測(cè)量。微處理器以傳感器特征化EEPROM數(shù)據(jù)作為依據(jù)，分別做線性處理，與進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，將工作介質(zhì)有關(guān)的壓力值計(jì)算出來(lái)，其中一部分送往數(shù)/模轉(zhuǎn)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(shù)運(yùn)算等功能。

       數(shù)/模轉(zhuǎn)換器：按照輸出形式將數(shù)字化形式的壓力信號(hào)在修正之后，轉(zhuǎn)為電流值為4mA～20mA的模擬信號(hào)，并將模擬信號(hào)傳輸給輸出回路。

       HART®通信：FSK信號(hào)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(hào)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(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。

       3 、HART手操器對(duì)變送器的現(xiàn)場(chǎng)檢定分析

       3.1改變儀表量程

       隨著工業(yè)控制愈發(fā)精準(zhǔn)，初始設(shè)計(jì)和***終工藝之間的誤差變的不可接受，有別于傳統(tǒng)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(jù)儀表所要執(zhí)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(yīng)的調(diào)整，以便于測(cè)量結(jié)果更加直觀、準(zhǔn)確，利用HART手操器可輕松實(shí)現(xiàn)這一操作過程。其使用步驟如下：

       1）連接變送器與手操器。

       2）進(jìn)入聯(lián)機(jī)菜單模式，選擇在線設(shè)備菜單。

       3）進(jìn)入主菜單，選擇詳細(xì)設(shè)置菜單。

       4）分別調(diào)節(jié)量程的上限URV和量程下限LRV，修改儀表的量程。HART調(diào)試差壓變送器

       3.2改變儀表電流值

       新建工廠在設(shè)備投產(chǎn)前，需要進(jìn)行設(shè)備聯(lián)調(diào)，此時(shí)HART儀表配合HART手操器可以在系統(tǒng)沒有正常開機(jī)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(hào)無(wú)關(guān)，模擬系統(tǒng)正常工作情況，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，方便發(fā)現(xiàn)錯(cuò)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(jī)菜單模式，選擇在線設(shè)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(cè)菜單模擬輸出電流即可。HART調(diào)試差壓變送器

       3.3多點(diǎn)輪詢模式

       某些特定工況下，電流過低會(huì)影響正常使用，使工作不能正常執(zhí)行；電流過高則極易造成設(shè)備的燒損。因此，必須嚴(yán)格加以控制。一般說來(lái)，為了簡(jiǎn)化線路。避免冗余線路造成回路復(fù)雜，辨識(shí)度不高，天然氣管理中心經(jīng)常將數(shù)個(gè)變送器的線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(guī)定地址可以是0～15以內(nèi)的任意數(shù)字（包括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(shù)據(jù)[3]。地址分配過程中，難免會(huì)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致通訊沖突，HATR手操器依賴于其出色的通訊功能，可以輕松解決此類問題，重新分配地址，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。其操作流程如下：

       1）連接智能差壓變送器與HATR手操器。

       2）變更HATR手操器主菜單訪問方式，進(jìn)入手操器設(shè)置菜單(按鍵“1”)，顯示“輪詢菜單”Polling后，將“從不輪詢”(NeverPoll)更改為“始終輪詢”(AlwaysPoll)，同時(shí)將0作為變送器連接地址。

       3）如果執(zhí)行上述操作后，該地址仍然不能發(fā)現(xiàn)設(shè)備。則會(huì)進(jìn)入自動(dòng)輪詢地址模式，在1～15之間循環(huán)切換地址序列號(hào)。此時(shí)應(yīng)返回通過主菜單(online模式)，選擇“設(shè)備設(shè)置”DeviceSetup（按鍵1），然后進(jìn)入“詳細(xì)設(shè)置”DetailedSetup(按鍵4)，選擇“輸出條件”OutputCondition，選擇“HART輸出”HARTOutput，選擇“輪詢地址”PollAddress0，然后按照檢查規(guī)程重新逐一排查檢查項(xiàng)目。

       4）將地址設(shè)定為0～15以內(nèi)的任意數(shù)字（包括0、15），就可以使系統(tǒng)重新正常運(yùn)行。

       4、變送器模式的變更

       在溫度變送器檢定的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變送部分配阻、配偶等交換使用的情況，這就需要對(duì)于變送器的模式進(jìn)行更改，然而在變送器部分實(shí)現(xiàn)這一調(diào)節(jié)比較麻煩，通過手操器更改變送模式，可以輕松實(shí)現(xiàn)這一功能，具體過程類似于“3.3多點(diǎn)輪詢模式的過程3）”，只是在“詳細(xì)設(shè)置”中，選擇“傳感器——溫度傳感器”，即可實(shí)現(xiàn)變送部分的變更設(shè)置。

       5、結(jié)束語(yǔ)

       HART手操器的投入，實(shí)現(xiàn)了智能差壓變送器控制過程中儀表量程改變、智能差壓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智能差壓變送器的使用，簡(jiǎn)化了智能差壓變送器操作過程中一些很復(fù)雜的程序，避免了不必要的時(shí)間浪費(fèi)，給生產(chǎn)操作帶來(lái)極大便利。目前關(guān)于此項(xiàng)可供參考的研究文獻(xiàn)尚少，一些概念、專有名詞等的解釋不夠清楚明了，此項(xiàng)研究開展以及論文攥寫較為困難。因此，本文難免有些疏漏，望各位同行以及..學(xué)者批評(píng)指教。