HART協議是總線協議的一類。那么在越來越復雜的智能應用中起著不小的作用。這里我們就來對這方面的一個應用改進型一下闡述。首先我們了解的是智能變送器的原理。那么在這里HART協議有什么應用呢？

1. HART協議的智能變送器的原理

1.1關于HART協議

HART協議參照“ISO/OSI"的模型標準,規定了HART通訊的物理信號方式和傳輸介質｡HART協議采用了Bell202標準的FSK頻移鍵控信號,即在4-20mA的模擬信號上疊加幅度為0.5mA的正弦調制波,1200Hz代表邏輯“1",2200Hz代表邏輯“0",由于所疊加的正弦信號平均值為0,所以數字通訊信號不會干擾4-20mA的模擬信號｡因此HART協議的主要優點是能兼容數字信號通訊和模擬信號傳輸｡

1.2變送器的構成

變送器是由傳感器和智能變送部分組成｡對不同的變送器,其傳感器各不相同,輸出的模擬信號也不相同但要求傳感器部分的耗電不得超過1mA｡智能變送部分關鍵是解決低功耗問題｡由于HART數字通訊的要求,有0.5 mA的正弦波疊加在4mA電流上,因此整個智能變送器的硬件電路必須保證在3.5mA的工作電流下還能正常工作｡傳感器部分將消耗1mA左右的電流｡因此智能變送部分耗電在2.5mA內｡在如此小的電流使CPU､A/D､D/A､以及MODEM還能正常工作｡因此智能變送器的核心是低功耗技術,同時在遠距離數字通訊時對電源和電纜有一定的要求｡

1.3可能存在的故障

基于基于HART協議的智能變送器的原理,有時會出現載波干擾､電纜的電容過大､到表頭的電壓低于11V､回路電阻過大等原因造成智能變送器運行故障｡下面就應用中的幾例罕見故障來加以說明｡

2.應用中的幾例罕見故障及原因分析

2.1電纜太長,智能變送器現場不通訊｡

ST3000單法蘭液位變送器,投用不通訊｡現場檢查電壓為22.3V,正常范圍｡撤回車間校驗,通訊及儀表工作正常(用268通訊器)｡分析其原因電纜電容大于HART通訊設備允許的最大電容｡HART通訊頻率較高(1-2KHz)要求網絡的T=RC不大于0.65μs｡因此HART通訊設備及網絡的最大電容限制了通訊最大距離:

最大電纜長度M=(160000-Cmaster)/Ccable

160000-根據HART通訊網絡允許的時間常數計算而得的常數,反映通訊網絡允許的最大電容:PF

Cmaster-控制系統或HART濾波器的電容:PF

Ccable-電纜分布電容:PF

因此網絡的時間常數 T=RC=(0.025*650)*(400*650)/1000000=4.2μs 〉0.65

可見由于電纜緣故,使網絡時間常數太大,導致通訊嚴重失真,而無法通訊,但對模擬信號無影響,改用2.5sq的交聯電纜(Cmster為90PF/M)即可解決｡

2.2變頻器載波干擾

(1)智能變送器現場不通訊,甚至變送器誤指示0流量的3051差壓指示48%,檢查現場電壓均正常,并聯0.1μF電容雖不能通訊,但指示正確,可以確認這是線路干擾問題｡分析原因2KHz左右高頻電磁干擾影響HART協議通訊器的信號,使變送器產生錯誤信號｡變頻器的載波頻率取決于其型號及容量,一般為2.0-16KHz(根據負荷組態)｡HITACHIJ300-110HF95(VT)和150HF5(VT)型載波頻率大都組態設置為2KHz與HART通訊頻率十分接近,這個“0"信號頻率附近的雜波影響Smart變送器,使它不能正確響應275信號,甚至按此信號錯誤地轉為電流輸出或其它錯誤操作方式｡采取增大儀表電纜與動力電纜的距離的改造措施｡

(2)壓力變送器E+H,PMC-133型,配備變頻器,投用后,指示偏低,變頻器停下,恢復正常

(3)ST3000經常出現輸出信號大幅步波動,經仔細觀察,發現該現象類似于用SFC通訊器調整變送器參數后確認后,便送器重新初始化的狀態｡分析其原因是變頻器所產生的強電磁場及電機頻繁啟停的尖峰脈沖干擾,導致智能變送器自動復位,試在變送器的信號端上并接100V,4.7μ f電容問題得以解決｡

(4)美國康創(control)SYSTEM990超聲波流量計,突然指示異常:指示值亂跳,輸出電流也隨之變化,或隔一段時間指示就回零｡分析其原因是變頻器干擾｡解決措施將電纜變為屏蔽電纜,將屏蔽層與探頭電纜屏蔽層一同接地,信號線與地之間跨接電容無效的情況下,試將探頭負端與屏蔽層一同接地,儀表恢復正常｡

(5)加拿大妙省力Mini Ranger Plus分體式超聲波液位計,用作液位指示,將其轉換器的輸出信號變為變頻器的輸入,投用時,儀表的指示值固定在某一值上,變頻器停運儀表正常指示｡分析原因儀表輸出隔離特性差｡

回路電阻影響,測量小信號時儀表指示正常,隨著測量信號的增大儀表輸出開始波動,撤回車間校驗正常,經反復查找原因,發現回路電阻過大所致｡可采用以下方案解決｡采用內阻較小安全柵,信號線以減少回路內阻｡若存在不經濟或存在困難,可把DCS供電改為外接電源供電,但為保證電路安全和與SFC的通訊須在回路串接一電阻,其值大小和導線電阻之和不小于250歐姆,這樣可提高閉環電路的供電壓,保證了表頭電壓大于11V.｡