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1.概述

壓力變送器的工作原理是通過某些轉(zhuǎn)換元件（一般為壓力傳感器）按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出電信號，傳統(tǒng)的輸出信號是4-20mA，為了更好的對儀表進(jìn)行組態(tài)和配置，在4-20mA的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字信號，HART協(xié)議應(yīng)用由此誕生。本文將概述針對HART協(xié)議的壓力/差壓變送器的通用技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)區(qū)別與傳統(tǒng)的4-20mA純模擬信號。

2.引用

本文章引用下列文件：

《JJG882壓力變送器》

《GB/T29817—2013基于HART協(xié)議的壓力/差壓變送器通用技術(shù)條件》

3.術(shù)語

lHART通訊器

手持式組態(tài)、調(diào)試設(shè)備(手操器),基于HART通信協(xié)議和EDD技術(shù)對HART智能設(shè)備的組態(tài)或通信。

lBell202

一種在不同信道采用不同頻率的全雙工通信標(biāo)準(zhǔn),在1200的波特率上采用1200Hz和2200Hz分別表示1和0。HART采用Bell202通信機(jī)制,但只用作半雙工系統(tǒng),其中一個(gè)信道的頻率沒有使用。

l陣發(fā)模式Burst

HART通信協(xié)議中的一種通信模式。通過主設(shè)備配置,使總線上的單個(gè)從設(shè)備自動(dòng)、連續(xù)的發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的HART響應(yīng)消息(例如:PV值),直到主設(shè)備發(fā)送命令終止該模式。

l電子設(shè)備描述EDD

含設(shè)備參數(shù)、它們的相關(guān)性、它們的圖形表示、和被傳送數(shù)據(jù)集的描述的一種數(shù)據(jù)集合。注:電子設(shè)備描述是用電子設(shè)備描述語言(EDDL)來創(chuàng)建的。

lHART通信協(xié)議

一種兼容傳統(tǒng)的4mA~20mA模擬信號制的現(xiàn)場總線協(xié)議,簡稱HART協(xié)議。在標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中被定義為類型20(Type20),在標(biāo)準(zhǔn)IEC61784-1中被定義為通信行規(guī)族9(CPF9)。

l互可操作性

兩個(gè)或兩個(gè)以上設(shè)備,不論其制造商,在一個(gè)或多個(gè)分布式應(yīng)用中一起工作的能力。

l主設(shè)備

主從系統(tǒng)中能發(fā)起所有交互和命令的設(shè)備(如 , 中央控制器)。

l從設(shè)備

主從系統(tǒng)中接收來自主設(shè)備的命令的設(shè)備(如 ,變送器 、閥門等)。

l輪詢

輪流詢問網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備來決定是否某設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)的方法。

l過程變量PV

用來測量或控制的過程參數(shù)。(如液位、流量、溫度、質(zhì)量、密度等)。

l設(shè)備狀態(tài)與診斷

HART通信協(xié)議定義的基本狀態(tài)信息,其通常包含在現(xiàn)場設(shè)備的響應(yīng)消息中。主站系統(tǒng)通過檢測響應(yīng)消息中的狀態(tài)信息來識別現(xiàn)場儀表的錯(cuò)誤與警告情況。用戶能夠通過狀態(tài)信息提供的量程是否超限、硬件運(yùn)行狀態(tài)等信息對設(shè)備進(jìn)行診斷。

4.HART輸出信號

4.1.輸出信號

4.1.1.基本輸出信號

基于HART協(xié)議的壓力/差壓變送器通常具備4mA~20mA模擬信號和數(shù)字信號兩種輸出信號。有線HART數(shù)字信號采用FSK技術(shù)加載在傳統(tǒng)模擬信號上,以數(shù)字通信的方式向控制系統(tǒng)提供現(xiàn)場設(shè)備管理信息,也可以提供遠(yuǎn)程組態(tài)配置和管理的功能。下表給出了HART壓力/差壓變送器基本輸出信號。

HART壓力/差壓變送器基本輸出信號

4.1.2.HART信號輸出物理要求

信號衰減與失真65μs限制:任何網(wǎng)絡(luò)都含有電阻和電容,從而將引起傳輸信號的衰減、延遲或相移。為確保負(fù)載電阻兩端的HART信號可靠的接收,從現(xiàn)場來的信號衰減不能超過3dB,為確保 上述條件得到滿足, HART規(guī)范要求最小截止頻率稍高于最高HART信號頻率,由電阻電容組合的RC時(shí)間常數(shù)值小于65μs。在簡單的HART系統(tǒng)中,電阻是負(fù)載電阻與電纜電阻之和,電容是電纜電容與所聯(lián)裝置電容之和,電纜超過幾米后,其電阻和電容對RC時(shí)間常數(shù)的影響不能忽略。

4.1.3.布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和要求

HART數(shù)字通信通常采用主/從式工作方式,一個(gè)HART通信系統(tǒng)中通常配備兩個(gè)通信主站。根據(jù)所采用的短地址和長地址,每個(gè)主站下面又可安裝儀表若干。每個(gè)設(shè)備最多有256個(gè)變量，每個(gè)變量為帶工程單位的IEEE754浮點(diǎn)類型(32位)。

HART數(shù)字通信協(xié)議支持下列布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信模式:

點(diǎn)對點(diǎn)：同時(shí)提供模擬量和數(shù)字信號,一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備之間的連接;

多點(diǎn)模式：全數(shù)字通信模式,只提供數(shù)字信號,一根電纜上連接多個(gè)HART現(xiàn)場設(shè)備。

陣發(fā)模式：通過主設(shè)備設(shè)置,允許總線上一個(gè)從設(shè)備自動(dòng)、連續(xù)地發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)HART響應(yīng)消息。

HART協(xié)議智能儀表的安裝方式和傳統(tǒng)4mA~20mA模擬儀表基本相同。推薦使用屏蔽雙絞線,線纜長度:雙絞線≤3048m(10000ft);多重雙絞線≤1524 m(5000ft)。線徑要求:鋪設(shè)距離≤1524m(5000ft)時(shí),線徑≥0.51mm ( #24AWG) ; 鋪設(shè)距離>1524m(5000ft)時(shí),線徑≥0.81mm(#20AWG)。

下表給出了不同線纜長度條件下的電容大小以及網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備數(shù)量對 HART通信最遠(yuǎn)距離的影響。

1.02mm( #18AWG)直徑的屏蔽雙絞線的適用長度

5.中科博微的壓力變送器

中科博微的NCS-PT105II系列智能壓力變送器采用先進(jìn)、成熟、可靠的電容式、單晶硅式以及擴(kuò)散硅式壓力傳感器，結(jié)合先進(jìn)的微處理器技術(shù)和數(shù)字化測量技術(shù)精心設(shè)計(jì)而成。內(nèi)部微處理器的強(qiáng)大功能和高速運(yùn)算能力使其具備了智能化、高精度、高可靠和零點(diǎn)穩(wěn)定等優(yōu)良品質(zhì)；液晶顯示模塊能夠顯示壓力、溫度、電流等多種物理量；按鍵操作可實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移、量程設(shè)定等多種功能，易于現(xiàn)場調(diào)試?？梢詼y量壓力、差壓、液位、流量等多種工業(yè)參數(shù)，可以廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金等行業(yè)。部分性能指標(biāo)如下：

●支持HART、FF H1、PROFIBUS PA、PROFIBUS DP協(xié)議最新版本；

●可通過HART協(xié)議認(rèn)證測試、 FF互操作、PI認(rèn)證測試；

●壓力種類包括：表壓、絕壓、差壓；

●最高精度：±0.075%滿量程(20℃，量程比10:1范圍內(nèi))；

●長期穩(wěn)定性：±0.2%量程上限/5年；