差压变送器等智能仪表采用HART手操器检定时的操作步骤

　　0 引言
目前工业生产中所采用的智能仪表，诸如常见的智能差压变送器等等多数都具备HART协议通讯使用功能，HART 通讯协议是现有技术下应用范围为**、技术成熟度高的通讯协议，HART 手操器在使用过程中也拥有诸多优势，例如：操作直观、高效、便于携带，能够深入查询智能差压变送器发生故障处的故障信息。在很大程度上缩减了技术人员在故障后处理故障所需要的时间，也免去了不必要的探测程序，主要的是，HART通讯协议是国内通用协议，HART 手操器具有极强的兼容性，因此得以**应用。本文*先对于HART手操器进行简要概述，然后较为详尽的介绍了智能差压变送器等仪表的工作原理，后详细介绍了HART手操器在变送器检定过程中的具体运用细节。
 
　　1 HART 手操器概述
HART ® 手操器可在4mA ～ 20mA 之间的电流环中通过，在连接上如果设备能够与HART ® 之间是兼容的关系，那么任何HART ® 设备都可以连接，在满足这个条件之后还应符合存在负载电阻的必要条件要求，负载电阻的小值为250Ω。FSK 技术是HART 手操器主要采用的一种技术，其电流信号以叠加的方式进行传输，4mA ～ 20mA 的模拟信号不会受到手操器与其兼容设备的通讯影响。
 
在进行通信主要依靠的是HART ®手操器与协议仪表，HART ® 仪表在配置上主要处理的对象是参数的设定（包括量程上下限等参数），对仪表数值的设定与检测值的读取，还有故障诊断维护等内容。这种手操器支持*先主设备（包括HART ® 网桥等在内的设备），*先主设备主要存在于HART ® 协议当中，不仅对其协议的通信点对点方式，而且还对其通信的多点方式也同样支持。如图1 所示，HART 手操器的主要操作部分可以分为液晶显示、动作键、字母键以及Shift 键4 个主要部分。
 
不仅对于相对距离较远的远端控制室，还是仪表来说都可以将HART 手操器接入，并单独操作HART® 仪表，以此促使通信操作的正常进行。如图3 中的连接操作，HART® 协议设备与手持器保持并联的连接方式，也能够与电阻值为250Ω 的负载电阻以并联的方式连接，引线极性



接口部分由电平转换器与PC 机串口连接，这个端口主要是对仪表库进行升级。
 
由于HART® 协议规定，HART 手操器与其所进行连接的变送器之间的回路中必须串联一般为250Ω ～ 1100Ω的负载电阻。因此，对于仪表电压提出了一定的要求，如图4 所示在区间内，手操器可以和仪表正常连接，当电源电压在规定电压范围以外时，手操器无法与设备正常连接。需要注意的是，如果手操器在开机之后在线设备的自动轮询地址数值为0，设备未连接时手操器会显示“地址0 未发现设备，是否查找其它设备”。
 
　　2 智能差压变送器的工作原理
智能差压变送器的主体结构可以划分为两大部分：其中一部分是传感器部分；另一个部分是电子线路板。传感器部分由直接数字电容电路、传感器特征化元件、敏感元件以及温度传感器四个部分构成。传感器部分的主要元件有特征化元件、直接数字形式的电容电路、电子线路部分由数字/模拟信号转换器、存储器、数字通信以及微处理器组成。对于一些智能化的变送器来说，在传感部分主要采用智能传感器，这种传感器外观体积小，精度却很高，在转换原理的基础上对传感器做了部分改良，选用直观性更强的数字电容电路，传统电路电路中的A/D 转换或者放大电路被取代，温度与静压补偿的完成由数字化技术负责，对测量精度来说是有效的提高。也在很大程度上抑制了温度漂移。在HART 协议基础之上所衍生的智能压力变送器以及温度变送器能够适应于各种压力环境，能同时工作于气体、液体以及蒸汽介质的环境下，完成相关温度与的压力数据的测量。与采用的其他类型HART 设备相比相似的一点是，变送器的HART 通信功能也是支持双向与远程的。主变量通过模拟信号经4mA ～ 20mA 电流信号传递。此外，HART 通信功能还能够完成在系统工作过程中主变量参数的采集以及校准、组态、诊断等功能，并且不对于模拟信号的传递造成影响[2]。如图5 所示。
 
　　1）传感器主要构造元件
敏感元件：介质压力终会传递到测量膜片中，测量膜片位于δ 室中心，这期间需要经由隔离膜片、灌充油来传递，测量膜片这种元件紧密而具有弹性，适用于对差压的检测。膜片位移、差压二者之间是正比例的关系，允许大位移值为0.004in（0.10mm）。位置的确定借助直接数字形式的电容电器在膜片两侧固定电容的极板上进行检测。如图6 所示传感器主要构造元件图。
 
　　隔离数字电容电路：该电路主要是对频率信号进行转换，这种信号来源于敏感元件的承受压力，压力信号随着频率信号的增强而增强，便于CPU 采样之用。
温度传感器：从名称上来看温度传感器是对压力传感器在工作运行中产生的温度而进行的测量，将测量的数值转为数字信号，促使微处理器对数字温度进行补偿。特征化EEPROM：主要用于对传感器特征化曲线的描述、对特征数据等数据信息的数字微调以及变送器温度补偿的存储。在关闭电源的情况下，保存在存储器中的数据仍然保持完整性，EEPROM 总存贮容量节数可达512 字节。
 
　　2）电子线路板主要构成
HART 主电路模块：变送器受到微处理器的控制，而压力敏感元件的工作压力由隔离数字电容电路测量，工作中的介质温度由温度传感器测量。微处理器以传感器特征化EEPROM 数据作为依据，分别做线性处理，与进行补偿运算，将工作介质有关的压力值计算出来，其中一部分送往数/ 模转换器，一部分送往HART® 通信部分，另外微处理器还具有传递函数运算等功能。
 
数/ 模转换器：按照输出形式将数字化形式的压力信号在修正之后，转为电流值为4mA ～ 20mA 的模拟信号，并将模拟信号传输给输出回路。
 
HART® 通信：FSK 信号以叠加的方式在4mA ～ 20mA的回路上存在，发送部分同样以信号叠加的形式存在于回路上。
 
多功能LCD 显示器：不仅可以显示压力、电流值、百分比、环境温度等信息。配合按键，还可以完成功能强大的现场调整。
 
　　3 HART 手操器对变送器的现场检定分析
　　3.1 改变仪表量程
　　随着工业控制愈发**，初始设计和终工艺之间的误差变的不可接受，有别于传统仪表，HART 仪表配合HART 手操器可以轻松消除这个误差，如：根据仪表所要执行任务的不同与仪表工艺的不相同，其量程必须进行相应的调整，以便于测量结果更加直观、准确，利用HART手操器可轻松实现这一操作过程。其使用步骤如下：
　　1）连接变送器与手操器。
　　2）进入联机菜单模式，选择在线设备菜单。
　　3）进入主菜单，选择详细设置菜单。  
　　3.2 改变仪表电流值
　　新建工厂在设备投产前，需要进行设备联调，此时HART 仪表配合HART 手操器可以在系统没有正常开机的情况下输出固定电流，可输出4mA ～ 20mA 之间的任意值和仪表采集信号无关，模拟系统正常工作情况，对系统进行测试，方便发现错误。其使用步骤如下：
　　1）连接变送器与手操器。
　　2）进入联机菜单模式，选择在线设备菜单。
　　3）进入主菜单，选择诊断服务菜单。  
　　3.3 多点轮询模式
　　某些特定工况下，电流过低会影响正常使用，使工作不能正常执行；电流过高则极易造成设备的烧损。因此，必须严格加以控制。一般说来，为了简化线路。避免冗余线路造成回路复杂，辨识度不高，天然气管理中心经常将数个变送器的线路连接于同一回路中，尽管同一回路，但连接点不同，此时需要给变送器分配不同地址，HART协议规定地址可以是0 ～ 15 以内的任意数字（包括0、15），在中控室寻找不同地址，即可很容易采集到各个点的数据[3]。地址分配过程中，难免会设置错误，导致地址不**，导致通讯冲突，HATR 手操器依赖于其出色的通讯功能，可以轻松解决此类问题，重新分配地址，使系统正常运行。其操作流程如下：
　　1）连接智能差压变送器与HATR 手操器。
　　2）变更HATR 手操器主菜单访问方式，进入手操器设置菜单( 按键“1”)，显示“轮询菜单”Polling 后，将“从不轮询”(NeverPoll) 更改为“始终轮询”(AlwaysPoll)，同时将0 作为变送器连接地址。
　　3）如果执行上述操作后，该地址仍然不能发现设备。则会进入自动轮询地址模式，在1 ～ 15 之间循环切换地址序列号。此时应返回通过主菜单(online 模式)，选择“ 设备设置” DeviceSetup（ 按键1）， 然后进入“详细设置”DetailedSetup( 按键4)， 选择“输出条件”OutputCondition，选择“HART 输出”HARTOutput，选择“轮询地址”PollAddress0，然后按照检查规程重新逐一排查检查项目。
4） 将地址设定为0 ～ 15 以内的任意数字（包括0、15），就可以使系统重新正常运行。
 
　　4 变送器模式的变更
在温度变送器检定的过程中，经常会出现变送部分配阻、配偶等交换使用的情况，这就需要对于变送器的模式进行更改，然而在变送器部分实现这一调节比较麻烦，通过手操器更改变送模式，可以轻松实现这一功能，具体过程类似于“3.3 多点轮询模式的过程3）”，只是在“详细设置”中，选择“传感器——温度传感器”，即可实现变送部分的变更设置。
 
　　5 结束语
　　HART 手操器的投入，实现了智能差压变送器控制过程中仪表量程改变、智能差压变送器电流值锁定与解锁、变送器模式更迭，在很大程度上便利了智能差压变送器的使用，简化了智能差压变送器操作过程中一些很复杂的程序，避免了不必要的时间浪费，给生产操作带来极大便利。目前关于此项可供参考的研究文献尚少，一些概念、专有名词等的解释不够清楚明了，此项研究开展以及论文攥写较为困难。因此，本文难免有些疏漏，望各位同行以及专家学者批评指教。


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