愿与压力变送器方面的专家交流 点击：1597 | 回复：20
发表于：2005-08-03 13:40:00
6楼
智能差压变送器的初级应用
（杨根木）
一 前 言
基于微处理器的现场智能仪表是顺应现场总线而产生的，同样，现场智能仪表的应用也为现场总线的开发与应用提供了良好的基础并提出新的问题，供专家研究。现阶段现场智能仪表，正象有关文献所介绍的，由于通讯协议的不兼容，以及兼顾常规仪表4-20mA模拟信号传递的持点．是一种不得已的过渡产品。还不能真正适应现场总线的真智能现场仪表。它既不能降低控制系统的初期安装费用．也不能充分发挥其本身所具有的优越功能，更不能实现现场智能仪表之间的相互信息交换与运作。
然而．智能变送器毕竟代表着新-代变送器的崛起，它采用了当今不少高新技术．如传感技术，微电子数字处理技术等，与常现变送器相比，具有精度高、稳定性好、可靠性高、测量范围宽、量程比大等特定。更具优势的是它实现了数字通讯功能。通过具有相同通讯协议的DCS系统或现场通讯控制器可对智能变送器的各种参数进行变更、设定，实现远程调试、人机对话．在线监测各种数据。和所有智能仪表一样，智能变送器也拥有完善的自诊断功能。可以说，目前的智能变送器是替代过去，代表将来现场仪表发展方面的新型变送器。
二 智能差压变送器的应用
以下关于智能变送器的实际应用例子、发挥其各种特点，解决过程控制测景中出现的各种问题：需要指出的是，市场上存在着各种类型的智能变送器．内在功能将特性不尽相同，故文中所举的个别例子不一定具有普通性．请读者叫鉴。
1. 实际验证原始设计差压
某厂铜碱洗工段再生岗位．有一差压式流量计用于空气流量的测量。空气用于废铜液再生后铜比的调节。这套流量计的设计差压值为10KPa．但一直无法正常运行。现场操作人员只能凭借经验来判断、控制空气流量，给工艺操作伴来随意性、盲目性；门时．过多的空气量会使系统中的氧含量升高而威胁系统安全。考虑到该空气流量小，工艺管道小，及原始设计中相应的艺参数存在偏差、从而使得理论验证原设计差压值变得意义不大。
在应用智能差压变送器后．利用智能差压变送器具有显示输入差压值的功能。单位可以从规定的系列中选取，实际验证设计差压值变得非常方便，在岗位人员的配合下，实际测量了该流量计的工作差压值与最大差压值。出乎意料的是，最大差压值竟达100KPa．是原设计值的10倍，无怪乎原差压式流量计不能正常运行。按此差压值，用智能终端修改变送器的测量上限值、实现了空气流量的自动测量．解决了历史上未能解决、困扰已久的难题。
在差压式流量计应用中．尤其在小流量、小管道的测量中，可能存在工[艺参数个详或与实际情况存在严重偏差等系列问题．引起原始设汁差压值的严重误差，导致整套流量计异常。此时，引用智能差压变送器可以起到化繁为简的作用，用它直接实际测量节流件前后的压差，据此修正原始设计值，使疑难问题迎刃而解。
2. 简化系统组成环节
智能差压变送器只须通过简单的设定而获得与输入差压信号平方根关系的输出信号，因而可免于使用差压式流量计的开方环节．简化了测量、控制系统的构成。好处是不言而喻的。同时．开方后小信号切除又具有独到之处。有两种小信号切除方式．其一 与普通开方器-样，在输出信号小于切除点时进行完全切除．如图l所示。称之为"零切除方式"：其二是在输出信号小于切除点时．输出信号与输入差压信号成线性关系．如图2所示，称之为"线性切除方式"。两种切除方式的切除点在0%-20%之间连续可调。比较图1
和图2可知．线性切除方式在测量下限流量时，有益于现场的操作。
3.减少仪表备品数量
中氮企业，氨合成塔主线进口氢、氟混合气流量的测量有大流量测量和小流量测量之说。大流量用于合成塔正常生产时．小流量用于合成塔触媒更新后升温还原阶段。用常规差压变送器来实现时。在升温还原阶段，需装上小量程差压变送器(本厂实际差压值为KPa，进行电炉升温时安全气量(即小流量)的测量控制；在升温还原阶段结束后，合成塔投入正常生产时．又需重新换装成大量程差压变送器(实际差压值为254KPa)。通常常规差压变送器．不具备如此大的量程比。为满生产需要，该流量的测量实际上配备了两台差压变送器。
利用智能差压变送器量程比大。且有自设定、自校验能力．用其进行主线流量测量．仅需通过智能终端在控制室内进行小量程差压值和大量程差压值的修改、完成同样的目的。避免了常规差压变送器的拆装校验．降低仪表工维护量，减少备品表数量。 常规差压变送器的量程比郁不大．像熟悉的1151差压变送器。量程比为6：1，而智能变送器的量程比至少可以达到30；1。一般可达50：1。显而易见．如果用智能变送器作为常规4-20mA输出变送器的备品，可大大减少备品仪表的规格和数量。
4. 便于各种参数的现场显示
仪表进行简单的设定，就可以使智能变送器内藏LCD模块显示各种不同的数据。如压力受送器．可使LCD直接显示输入压力及相应单位，差压受送器，可使LCD指示单位自定的流量工程值等。在某些场合可以省略现场一次指示仪表，如压力表、转子流量计等 而不影响现场的监视与操作。LCD显示模块具有强制自诊断显示功能，一旦被测参数超出量程或变送器本身故障，LCD将显示出错代码来替代原设定参数的显示，利于及时排除故障。如果通过智能终端，可以从变送器中读出更多的过程信息。
三 技术上有待改进的问题
在使用中也发现．智能变送器还存在尚需提高的技术问题。
(1)如何实现对变送器的加密，保证各种设定数据的权威性。
(2)如何降低变送器在进行通讯时对供电电源的要求。方便现场调试、维护。
(3)如何将变送器测出的其它信息，如环境温度、过程介质静压、差压值等可以在智能终端上显示的内容分离出来．以达一表多用。
(4)如何突破通讯协议上各自为政的局面，实现通讯的标准化、开放化。
四 结束语
虽然智能变送器的价格略高于常规模拟变送器，但其性能价格比却非常规仪表所能及。上述几例仅归纳了智能变送器的几个特点，尚有其它优点限于篇幅而不能一一列举。总之，即使没有相应的DCS系统与之配套，合理选择智能变送器，不存在大材小用问题，它能帮助自控人员提高生产效率，降低仪表工作量，减少仪表备品备件，拓宽工作思路、提供解决问题新方法、新思路，最终提高生产过程的自动化水平。
之所以称之为"智能差压变送器的初级应用"．主要原因是未将智能变送器真正意义上的数字通讯功能与DCS系统结合起来，充分体现其综合优势。仅用作常规变送器的替代，运用其某些特性来解决
普通智能变送器的HART改造
摘要：ＨＡＲＴ协议是一种过渡现场总线，既保留模拟信号又可进行数字通讯，目前具有ＨＡＲＴ通讯功能的变送器在市场上很有竞争力。本文介绍了一种方便可行的对现有普通智能变送器的技术改造方法，使其具有ＨＡＲＴ数字通讯能力。
关键词：ＨＡＲＴ 智能变送器 中央处理单元
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＨＡＲＴ ｓｍａｒｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｃａｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ａｌｓｏ ｏｕｔｐｕｔ ｔｈｅ ａｎａｌｏｇ ｃｕｒｒｅｎｔ． Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ａｄｄ ｔｈｅ ＨＡＲＴ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｃｏｍｍｏｎ ｓｍａｒｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ＨＡＲＴ Ｓｍａｒｔ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ＣＰＵ
随着电子半导体器件的发展，智能化、网络化成为过程自动化现场变送器的发展方向。现场总线技术的发展和成熟为过程自动化的发展描绘了一幅美丽的前景。目前，ＦＦ总线（基金会现场总线）、ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线在国内的过程自动化领域都有比较成功的应用范例。ＨＡＲＴ协议现场总线作为一种过渡的总线技术，在保留传统模拟变送器标准４~２０ｍＡ电流信号的基础上增加了通讯的功能。ＨＡＲＴ智能变送器既可以接入ＤＣＳ系统，又可以通过总线通讯组成完整的ＦＣＳ（ＦＩＥＬＤＢＵＳ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ）系统，同时还可以通过手持终端在线调整变送器参数。由于ＨＡＲＴ智能变送器具有上述的多种灵活性，在目前的变送器市场中，ＨＡＲＴ智能变送器占有很大的份额。
面对目前的市场竞争，国内众多的变送器生产厂家都把变送器的ＨＡＲＴ智能化改造作为技术革新的方向；力争通过ＨＡＲＴ智能变送器的推出进一步开拓市场。
如何实现变送器的ＨＡＲＴ智能化改造成为摆在众多变送器生产厂家面前的一个问题。尤其是对一些已经智能化改造、但不能完成总线通讯的变送器，怎样在保证现有产品相对独立性的基础上添加ＨＡＲＴ通讯功能，很多技术人员都在研究。
一些技术人员存在一种观念，即一台４~２０ｍＡ标准输出的两线制变送器只需要添加一块ＨＡＲＴ协议通讯卡就可以完成变送器的ＨＡＲＴ改造；实际上这种想法是不可行的。下面从ＨＡＲＴ协议可以实现的功能进行阐述。
一台符合ＨＡＲＴ协议智能变送器若已通过ＨＡＲＴ基金会的应用层测试，应该可以通过ＨＡＲＴ通讯完成一些最常规的功能，包括：
* 读取变送器测量动态变量，如主变量、输出电流等；
* 设定变送器处于多点（输出电流固定）或者单点（输出电流４~２０ｍＡ）模式；
* 设定、读出必要的变送器管理信息；
* 读出变送器所连接传感器的相关参数；
* 获得变送器的生产厂商、设备类型、ＨＡＲＴ协议版本等基本信息。
如上所述，可以通过ＨＡＲＴ协议对变送器的电流输出进行控制，也就是说电流环路输出与ＨＡＲＴ通讯模块是一个整体，不可分割。因此，上面提及的改造模式对于两线制变送器来说是不能实现的。
一般来讲，除了上述最基本的功能外，符合ＨＡＲＴ协议智能变送器还可以通过ＨＡＲＴ通讯完成其他几项功能：
* 设定变送器测量量程
* 设定变送器输出阻尼
* 完成传感器的线性化
本文下面介绍一种比较简单的方法，可以实现普通智能变送器的ＨＡＲＴ改造。实现方法的具体功能框图如下：
原有的智能变送器电子板中剔除电流输出控制模块，保留传感器激励、传感器信号采集、信号运算处理等功能模块（本文以下将保留部分简称为“信号采集处理模块”）。ＨＡＲＴ通讯模块的中央处理单元（ＣＰＵ）与信号采集处理模块中的中央处理单元（ＣＰＵ）直接串行传递数据。对于信号采集处理模块中的ＣＰＵ而言，原用于控制电流输出的Ｉ／Ｏ口线可转而用于ＣＰＵ通讯，基本不增加硬件负担。ＣＰＵ的软件中也相应的去除控制电流输出的程序，添加用于ＣＰＵ之间串行传递数据的功能模块。
对于ＨＡＲＴ通讯模块而言，不发生ＨＡＲＴ通讯时，周期性通过ＣＰＵ之间的数据传递从信号采集处理模块读取动态变量；发生ＨＡＲＴ通讯时，不定期的通过ＣＰＵ之间的数据传递设定变送器的运算、控制参数。在双ＣＰＵ的数据传递中，ＨＡＲＴ通讯模块中的ＣＰＵ处于支配地位，负责启动数据传递及验证数据传递的正确性。
对于一些ＨＡＲＴ协议规定的与变送器动态变量运算、输出无关的管理信息等通讯参数，ＨＡＲＴ通讯模块可以独立处理，无需启动双ＣＰＵ之间的数据传递。一些必需双ＣＰＵ数据传递的变送器参数在下面列出：测量动态变量（包括主变量、输出电流数值等）、量程、输出阻尼、传感器线性化参数等。对于不同种类的变送器，需要传递的数据也有很大的不同，多则数十个，少则几个。
用于实现双ＣＰＵ之间串行数据传递的方法有很多，本文介绍一种适用于我们需要的主从式数据传递模式。
数据传递功能：
主ＣＰＵ读取从ＣＰＵ指定参数（在物理上可以表现为存储空间地址）的数据，或者将数据写入从ＣＰＵ的指定参数。
通信接口：
两块ＣＰＵ之间通过四根口线连接，分别定义为：ＣＬＫ、ＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ２、ＣＯＮＴＲＯＬ；主ＣＰＵ全部采用普通Ｉ／Ｏ口线，从ＣＰＵ除去ＣＬＫ应用外部中断口线外，其他三根口线也均使用普通Ｉ／Ｏ口线。主ＣＰＵ按某一周期中断从ＣＰＵ，从ＣＰＵ接收中断信号，并做相应处理。
数据传递时序：
假设从ＣＰＵ的时钟频率为１．８４３２ＭＨＺ，Ｔ２的最小值为２４８微妙；Ｔ１＋Ｔ２的最小值为 ３１２．５ 微妙。
为确保数据传递的可靠性，主ＣＰＵ向从ＣＰＵ写入数据时，可以通过先写入，后读出，比较数据是否相同；主ＣＰＵ由从ＣＰＵ读出数据，可以连续读取两次，比较数据是否相同。若不同，则连续执行写入或者读出操作。
总之，通过上面谈到的ＨＡＲＴ通讯模块与信号采集处理模块之间ＣＰＵ数据传递的模式对现有的普通智能变送器进行ＨＡＲＴ改造，只需要对原智能变送器的电子板做微小的改动，实现周期短，可以比较快的将新产品推向市场。当然，在实际改造过程中，也有许多的具体问题需要仔细考虑，如信号采集处理模块的功耗、双方数据传递的具体参数定义等。这时，只能根据实际情况把握。 实际工作中的问题。姑且作为现场智能仪表应用的初级经验奉献于同行
热门招聘
相关主题
- (已结束)工控仪表擂台第七期...
[2044] - 图中罗斯蒙特差压变送器有调...[2457]
- 温控器什么牌子的好？[975]
- 有可以在柜门上安装的表盘用...[429]
- 我曾经维修过的仪表（四）[1517]
- 光电开关和接近开关[1572]
- 有源隔离器与无源隔离器的比...[902]
- (已结束）工控仪表擂台第一期...[2837]
- 质量流量计的安装和使用心得[12327]
- 热电偶在窑炉内安装的问题？[1387]
官方公众号
智造工程师
-
客服
-
小程序
-
公众号
工控网智造工程师好文精选
