罗斯蒙特275型HART通讯器的应用

［摘  要］ 介绍罗斯蒙特275型手持式HART通讯器在智能仪表的调校和维护方面的应用和使用心得
［关键词］  HART  275通讯器  智能变送器  DCS   

1引言

     随着电子科技的飞速发展，自动化仪表出现了日新月异的变化。智能型变送器具有的良好性能和价格比，被越来越广泛地应用到石油化工领域。
     智能变送器为一种具有微处理器的仪表，除了具备常规变送器的信号测量变送功能，还具备了先进的通信功能。可以通过手持式通讯器直接对其进行查询、测试、组态和数字微调。通过通讯器可以在控制室、变送器安装现场或控制回路的任意点进行这种操作。这意味着，在DCS这样大型的控制系统中，可以在机房的控制柜中进行现场大量智能变送器的调校维护工作。这种通信功能极大的方便仪表维护人员的操作使用，节省了大量的维护调校时间和工作量。因此，熟练掌握通讯器的使用应该成为一名合格仪表人员的必要技术技能之一。
      目前智能变送器在我国使用最为广泛的通讯协议为美国Hart通讯基金协会制定的Hart协议，该协议为现场总线的一种过渡性通讯协议。本文结合罗斯蒙特275型Hart通讯器在压力／差压表送器的使用情况，探讨Hart通讯器在实际应用中注意的一些问题。

2275通讯器

  2.1 HART 手操器可以与任何 HART-相容的设备 在 4 – 20 mA 回路的任何点接入,但在手操器的接入端子和电源之间必须提供了最小负载为250欧姆电阻。 HART 手操器使用 Bell 202 移频键(FSK) 高频数传讯号技术叠加在标准的 4 – 20 mA 电流传送回路，从而实现回路的通信。 因为加在回路上总的高频信号电平为零 ,所以通信信号不会通信干扰测量 4 – 20 mA 讯号。图1


中为罗斯蒙特275型通信器的操作界面。

2.2建立通信



在校验室进行通信时，如图2所示，将变送器与通信器连接，还需要一台12～45VDC稳压电压和标准电流表，为了进行通信，在电源和275接口端子之间必须要有不小于250欧姆的电阻，这一点非常的重要，大多数的通信故障都是由于没有满足这个通信条件而引起的。在校验室进行调校时，必须在接线端子出串接一个标准250Ω的电阻以避免这中通信故障。若在安装现场进行通信时，一般可以直接通信。

2.3组态

组态是指对决定变送器如何运行工作的一系列参数进行设定的过程。组态的菜单根据连接的设备不同而不同。有两种组态方式：联机组态和脱机组态，前者是在通讯器和变送器建立通信连接的状态下进行的组态，组态数据输入到275通讯器的工作寄存器中，然后直接传送到连接的变送器上。后者则在为建立通信连接的状态下，将组态数据存入275通讯器的非易失性存储器（E2PROM）中，待连接设备时可以将这些数据传送至变送器。常用的是联机组态。
在组态中，在将修改参数传送至变送器时，为避免修改参数时对控制回路待来影响，通讯器会显示提示信息“WARNING—Control loop should be in manual”(警告：控制回路应置于手动状态)，该显示信息仅仅是一个提示，不能将控制回路自动切换至手动，必须在控制室进行人工操作。
最常用的一项组态修改是调整变送器的零位和量程值。对变送器有三种调整的方法：1、使用通讯器直接输入量程的上下限的值；2、使用通讯器和压力输入源调校；3、使用变送器上的零位和量程按钮与压力输入源。其中2和3调校的效果一样。通过键盘输入时改变量程时，4mA点和20mA点的设定互不影响，即改变两点的设定值都会引起量程的变化。而使用压力源调校时，调整4mA点不会影响表的量程值。例如：如一变送器原设置为4mA=0Kpa,20mA=100Kpa,如果通过通讯器键盘输入新的4mA=50Kpa,此时20mA仍保持为100Kpa，则变送器的量程变为50Kpa。如果此时再通过压力源进行调校，将4mA设置为0Kpa，则此时20mA变为50Kpa，表的量程保持50Kpa不变。
当采用压力源调整量程时，4mA和20mA的设定值是根据操作者提供的输入压力值进行转换的，有时用户按本厂的标准值加压力，变送器读到的值可能有差别。这时尽管表的工作正常，但用工程单位表示的变送器的数字输出会反映这个差别，在275通讯器的主菜单画面的PV（Process Variable过程变量）项会显示出来，即通信器的压力读数与压力输入源的值不同。这种差别最有可能是由于制造厂家和用户使用的标准测量压力的差别以及输入压力的环境条件不同造成的。这种差别可以通过组态中的微调项进行消除。

2.3传感器数字微调（Sensor Trim）
智能变送器与普通模拟变送器工作的不同之处最主要是在于智能变送器是被特性化（Characterize）了的。进行特性化程序时，将变送器传感器的输出值与输入压力值进行比较，并将比较数据存入变送器的E2PROM中，变送器在工作时，则利用这些数据，根据输入的压力产生一种标有工程单位的变量输出值。数字微调功能就是让操作人员能够改变其特性曲线，不要被这种微调与量程的调整相混淆。虽然通过量程的调校也可以使某个输入压力值对应于4mA或20mA点，但这种调整不影响变送器其它各点压力输出值与输入压力的变换关系，对于智能变送器，利用传感器的数字微调功能可以修改变送器的数字读数与输入压力之间的变换关系。此外，还可以利用4－20mA数字微调（Trim Analog Output）功能，改变表的4－20mA模拟输出值与数字读数之间的变换关系。
为了变送器更好的工作，可以修改表的特性化，有两种方式：1）对变送器重新进行特性化；2）进行数字微调。一般变送器在出厂时已经被特性化了，用户只要修改表的特性曲线了适应自己的标准压力信号，最简便的方法是进行数字微调。
数字微调分两个步骤进行：第一步为传感器微调，调整变送器输出的数字读数与输入压力相一致；第二步为4－20mA数字微调，对输出级电子部件进行调整。为取得最佳效果，应在稳定的环境下使用高精密仪器进行调校。维厄哦避免出现对变送器的超量调整，变送器能接收的微调值不超过气原来特性化曲线的5％。
◆传感器微调有两种方法：全量程微调和零点微调，两者的复杂程度不一样，究竟该使用哪种方法取决于现场的应用情况。
◆全量程微调包括传感器下限微调（Lower Sensor Trim）和传感器上限微调（Upper Sensor Trim）。即需要调整测量范围的两个端点值，使得两点间的各输出值呈线性化。要想得到好的精度，所选的上限和下限值应分别等于或略大于4mA和20mA点。
◆如果没有精密的压力源，可以采用零点微调。零点微调（Zero Trim）为一点调整，调整时变送器必须处于未迁移状态。即偏离真正的零压不超过3％。这种方法在消除由于变送器安装位置带来的影响或补偿差压变送器由于静压引起的零点漂移时很有用。但这种调整保持原有的特性化曲线的斜率。
◆调整时，需要压力源的精度至少3倍于变送器，应用时，一定要让压力稳定保持10秒钟后才进行调整。
◆微处理器在处理了传感器的信号之后，输出一个数字量，经过模数转换（A/D）线路把该数字量转换为4－20mA的模拟信号送往信号线。变送器在使用一段时间后或进行了特性化后，可能需要的D/A转换线路进行检查和微调。Hart通信器提供了两种D/A微调方式：Digital-to-Analog Trim数／模微调和Scaled D/A Trim定标数／模微调。两者是有区别的，前者是调整变送器的4mA和20mA点的模拟输出电流值，使得这两点的模拟输出等于4.00和20.00mA。而后者是调整4和20mA点与用户可选择的参考标尺相对应。而不是与4和20mA对应。例如：通过一个250欧姆的负载测量，则为1－5V；或这如果通过DCS测量，则为0－100％ 。


通信器常见的问题及其处理
该在现场设备与HART通信器之间的通讯常见的问题和相应的处理方法如表1。





作者简介: 洪宝庆,1976年生,仪表工程师，1996年毕业于江西师范大学高分子合成专业,2002年东南大学自动控制系结业,现工作于江西化纤化工有限责任公司有机分厂，从事仪表技术及DCS系统管理工作。