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HART协议智能变送器在能源公司的应用
成涛
（梅山钢铁公司能源有限公司 南京 210039）

【摘要】 本文讨论了HART协议智能变送器的基本原理及功能，并简朴阐述了HART变送器的通讯方式，介绍了HART变送器在我厂的实际应用，以及典型故障和排除方法。
关键词：智能变送器 HART协议 数字数据通迅
Key Words：Intelligent Transmitter HART Protocl Digital Data Communications
一
一、前言
先进的智能变送器是工业过程控制技术发展的需要，也是工艺过程实现高精度控制的必须.目前，国际及国内工控系统使用的智能变送器基本是带有HART通讯功能的智能变送器．简称为HF智能变送器，我厂干熄焦发电机组和AV90高炉鼓风机组仪表测量系统现场变送器均使用的是HART智能型变送器，由于是初次使用此类设备，有必要对其基本功能，测量原理，及其通讯语言进行一定的梳理以便于此后对此类设备的点检和维护工作。
二、HART智能变送器基本原理及其功能简介。
(1)HART采用频移键控（FSK）技术。它是一种将标准模拟信号(4—20mA)与数字信号技术结合在一起用于传送过程参数的变送器。它基于Bell202通信标准，在4～20mA模拟信号上叠加不同的频率信号（2200Hz表达"0"，1200Hz表达"1"）来传送数字信号。HART协议的数据传输速率为1200bps（位/秒）。由于每台HF变送器有惟一的编号，所以主机能对每一台变送器进行操作。当从机为多台HF智能变送器时，即智能变送器工作在多站方式下时,HART变送器所有测量，调整和测试数据均用数字方式传输。HART提供设备描述语言（DDL），以保证互操作性。应当指出，HART协议被认为是事实上的工业标准，但它自身并不算现场总线（模拟和数字的混合），只能说是现场总线的雏形，是一种过渡协议。
(2) 为实现智能变送器的基本功能，如线性化解决、温度补偿、自动零点和量程调整及数字通信等，以下关键器件如微控制器、A/D、D/A、通信芯片及传感器等是所必需的。图1是HART协议智能变送器的原理框图。传感器模拟量信号经A/D转换成数字量后送入单片机，单片机将解决后的数字量通过D/A转换器，经V/I转换电路输出4～20mA标准电流信号。在数字通信时，微解决器通过通信接口芯片及耦合电路，以4～20mA电流环路为介质传送和接受数据，图1中的存储器用来存储传感器的特性参数、现场命令、现场状态等工作参数。

图2是图1中通信系统的具体方框图。中心是Bell 202通信标准的HART调制解调器，并在信号的输出端和输入端分别加1个波形整形和带通滤波器，用以加强通信
的可靠性。

三．HART变送器的通讯方式
为了实现对HART变送器的实时通讯，必须选用带有HART协议的智能通讯器，下面就375型手操器与HART变送器的通讯方式，和数字操作功能作简朴介绍。

图三 375手操器与变送器连接图

如图三所示，确认变送器回路电源正常，回路阻抗不低于250欧姆，将手操器通讯线路对的连接在变送器回路中，启动手操器电源，启动HART通讯程序，即可进行下列基本操作：
1．读取变送器所测量的过程变量，模拟输出，量程上下限，单位，设备位号等参数
2. 变送器的基本设立：修改，整定变送器基本工程参数（单位，量程，阻尼，零位迁移等）
3．变送器具体设立：如特性化，组态，传感器特性调整和输出调整等参数
4. 变送器回路测试
5．变送器设备故障诊断
HART通讯是基于命令方式进行对变送器的读，写，和访问功能。它的可操作性，通用性，智能化，充足地为变送器的维护工作奠定基础。

四．HART变送器在我厂的初步应用
我厂干熄焦发电机组和AV90高炉鼓风机组仪表测控系统现场变送器均使用的是HART协议变送器，在平时点检维护工作中，我们使用375手操器对变送器进行实时参数读取，修改和整定变送器工程参数，保证变送器的测量精度，特别在AV90新风机仪控调试阶段，我们运用HART通讯功能，保证了每一台HART变送器的功能，精度。保证了鼓风机组仪控系统调试的顺利开展。在调试期间，我们结合仪控系统对HART变送器重要作下列几项工作:
1.仪控静态调试阶段，运用375通讯功能拟定变送器的量程，单位，设备位号等基本设立对的无误.
2.通过回路测试功能，保证变送器输出回路准确.
3.运用零位迁移和小信号切除功能，使每台变送器的输出在投用之前处在工程零位状态.
4．直接将运算方法置入变送器计算程序内，保证测量及显示精度，如流量测量计算需开方运算.
5.在机组动态调试过程中，运用通讯器固定输出电流值功能，保证了机组所有的联锁保护项目实验顺利开展.
由此可见，对于HART变送器的应用，重要还是通过手操器与之通迅，进行读取信息，写入参数，故障判断等操作环节，从而实现对变送器的在线检修和维护。
五．HART协议变送器易出现的故障及排除方法
基于HART协议的智能变送器的原理，有时会出现载波干扰、电缆的电容过大、回路电阻过大等因素导致智能变送器运营故障，下面就应用中的几例故障来加以说明。
(1)信号电缆太长，智能变送器通讯失灵
干熄焦锅炉给水压力HART变送器投用不通讯。现场检查电压为22.3V，正常范围。下线校验，通讯及仪表工作正常。分析其因素电缆电容大于HART通讯设备允许的最大电容。HART通讯频率较高（1-2KHz），规定网络的时间常数T=RC不大于0.65μs。因此HART通讯设备及网络的最大电容限制了通讯最大距离，可见由于电缆缘故，使网络时间常数太大，导致通讯严重失真，而无法通讯，但对模拟信号无影响，改用2.5sq的交联电缆即可解决。
(2)现场高频电磁干扰影响通讯
智能变送器现场不通讯，甚至变送器误指示0流量差压显示48%左右，经检查现场变送器电压均正常，并联0.1μF电容虽不能通讯，但指示对的，可以确认这是线路干扰问题。分析因素2KHz左右高频电磁干扰影响HART通讯器的信号，使变送器产生错误信号。采用增大仪表电缆与动力电缆的距离的改造措施即可。
(3)变送器测量回路电阻影响
测量小信号时仪表指示正常，随着测量信号的增大仪表输出开始波动，撤回车间校验正常，经反复查找因素，发现回路电阻过大所致。可采用以下方案解决:采用内阻较小安全栅或隔离器，对信号加以隔离以减少回路内阻。若存在不经济或存在困难，可把DCS供电改为外接电源供电，但为保证电路安全和与375手操器的通讯须在回路串接一电阻，其值大小和导线电阻之和不小于250欧姆，这样可提高闭环电路的供电电压，保证了表头电压大于11V，保证变送器信号输出正常。
六．结束语：
HART协议变送器在我厂干熄焦发电系统运营一年以来，信号测量精确，功能精度完好，由此可见其智能化和数字化的强大功能是工业过程控制技术发展的需要，也是工艺过程实现高精度控制的必须。所以对此类变送器的基本原理，功能以及它的通讯方式，操作方法和常见故障排除进行一定的整理是非常有必要的。同时对于HART变送器的检修和维护工作也是有帮助的。

参考文献：
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