1.概述

壓力變送器的工作原理是通過某些轉換元件（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行組態(tài)和配置，在4-20mA的基礎上增加了數字信號，HART協(xié)議應用由此誕生。本文將概述針對HART協(xié)議的壓力/差壓變送器的通用技術特點，重點區(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條件》

3.術語

lHART通訊器

手持式組態(tài)、調試設備(手操器),基于HART通信協(xié)議和EDD技術對HART智能設備的組態(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準,在1200的波特率上采用1200Hz和2200Hz分別表示1和0。HART采用Bell202通信機制,但只用作半雙工系統(tǒng),其中一個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。通過主設備配置,使總線上的單個從設備自動、連續(xù)的發(fā)送標準的HART響應消息(例如:PV值),直到主設備發(fā)送命令終止該模式。

l電子設備描述EDD

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

lHART通信協(xié)議

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

l互可操作性

兩個或兩個以上設備,不論其制造商,在一個或多個分布式應用中一起工作的能力。

l主設備

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

l從設備

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

l輪詢

輪流詢問網絡上的設備來決定是否某設備已經準備好發(fā)送數據的方法。

l過程變量PV

用來測量或控制的過程參數。(如液位、流量、溫度、質量、密度等)。

l設備狀態(tài)與診斷

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

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模擬信號和數字信號兩種輸出信號。有線HART數字信號采用FSK技術加載在傳統(tǒng)模擬信號上,以數字通信的方式向控制系統(tǒng)提供現場設備管理信息,也可以提供遠程組態(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:任何網絡都含有電阻和電容,從而將引起傳輸信號的衰減、延遲或相移。為確保負載電阻兩端的HART信號可靠的接收,從現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時間常數值小于65μs。在簡單的HART系統(tǒng)中,電阻是負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時間常數的影響不能忽略。

4.1.3.布線拓撲結構和要求

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

HART數字通信協(xié)議支持下列布線拓撲結構和通信模式:

點對點：同時提供模擬量和數字信號,一個主設備和一個從設備之間的連接;

多點模式：全數字通信模式,只提供數字信號,一根電纜上連接多個HART現場設備。

陣發(fā)模式：通過主設備設置,允許總線上一個從設備自動、連續(xù)地發(fā)送標準HART響應消息。

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:鋪設距離≤1524m(5000ft)時,線徑≥0.51mm ( #24AWG) ; 鋪設距離>1524m(5000ft)時,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絡中設備數量對 HART通信最遠距離的影響。

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、成熟、可靠的電容式、單晶硅式以及擴散硅式壓力傳感器，結合先進的微處理器技術和數字化測量技術精心設計而成。內部微處理器的強大功能和高速運算能力使其具備了智能化、高精度、高可靠和零點穩(wěn)定等優(yōu)良品質；液晶顯示模塊能夠顯示壓力、溫度、電流等多種物理量；按鍵操作可實現零點遷移、量程設定等多種功能，易于現場調試。可以測量壓力、差壓、液位、流量等多種工業(yè)參數，可以廣泛應用于石油、化工、電力、冶金等行業(yè)。部分性能指標如下：

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

●可通過HART協(xié)議認證測試、 FF互操作、PI認證測試；

●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)；

●長期穩(wěn)定性：±0.2%量程上限/5年；