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精信測器

 

10.1流量變送器中的通信

    20世紀80年代以來,許多儀表公司相繼推出了自己的具有通信能力的流量變送器產品,所采用的同心協議也有多種,其中最著名的是由Rosemount公司提出的HART協議(可尋址遠程傳感器數據公路),它是在4~20mA電流上疊加1200Hz和2200Hz兩個獨立的頻率信號,分別代表數字1和0。該頻率信號呈正弦波形,幅值為±0.5mA,所以其平均值為0,故將其調制于4~20mA之上卻不影響4~20mA的平均值,這樣就使HART通信可以和4~20mA信號并存而互不干涉。

具有通信能力的流量變送器可同手持終端配合實現與4~20mA并存條件下的數字通信,也可經接口與PC機或DCS相連,實現全數字通信,完成多項任務。

10.1.1  與手持終端器(HHT)或智能現場通信器(SFC)通信

手持終端器或智能現場通信器是以微處理器為基礎的與智能變送器進行數字通行的接口裝置,是一種新型調試工具,利用它能在現場(或控制室)對智能變送器進行組態、測試、調整、校驗、查看自診斷信息。圖10.1所示為與手持終端器的連接,F在多家儀表公司都有此類產品,用戶對變送器進行維修、校驗極為方便。

       

            圖10.1 智能變送器與手持終端器通信的連接

10.1.2  與流量演算器一起組成多量程流量計

差壓式流量計現在仍然是應用最廣泛的一種流量計,但是它的范圍度較小,不能滿足要求較大范圍度的很多測量對象。例如,我國北方有不少以取暖設備為主要耗熱設備的熱用戶,夏季的耗熱量往往比冬季耗熱量的1/5還要低,這樣,計量儀表在夏季如果使用與冬季相同的測量范圍,那么僅差壓變送器誤差一項就會給夏季計量帶來無法容許的系統誤差,所以有許多單位使用多量程流量計。像上面的例子是冬季使用高量程,夏季使用低量程。

現在有多種智能差壓變送器都能采用通信的方法變更其量程,有些變送器量程可調比高達40倍以上,為多量程流量計的實現創造了良好條件。如圖10.2所示的雙量程差壓式流量計中,流量演算器與差壓變送器之間的兩根連接線既是變送器電源線,又是4~20mA模擬信號傳輸線,同時承擔HART通信中傳送±0.5mA數字信號的任務。

          

                   圖10.2雙量程差壓式流量計線路連接

流量演算器設定有高量程流量上限值 和低量程流量上限值 ,并且分別與差壓變送器的高低量程差壓上限值 相對應。演算器中還設定有高低量程流量切換值 ,當差壓變送器處于高量程狀態時,演算器用 參與計算流量,如果計算得到的流量值小于等于 則演算器作出切換到低量程的決策,并按設計好的程序采用通信的方法將差壓變送器切換到低量程,開始用 參與計算流量。以后如遇流量值大于 ,又采用通信的方法將差壓變送器切回到高量程。

在具體實施的時候一般還要設置一個切換差,以防高低量程之間的頻繁切換。而且需考慮低流量時的雷諾數修正,以保證測量精確度。

10.1.3與計算機聯網組成數采系統

國外有的公司推出用于HART協議通信的硬件產品,例如PCSMART模塊,將其插入PC機空余槽口中,其輸出可與15臺SMART設備構成多站網絡。例如和5臺智能差壓變送器、5臺智能壓力變送器、5臺智能溫度變送器構成5點帶溫度壓力補償流量測量系統。該系統由于采用了高精確度、寬量程的智能變送和運算能力極強的PC機,因此測量精確度高,而且擴大了范圍度。

用數字通信的方法讀取變送器的測量結果要比用模擬信號傳送測量信號精確度明顯提高。例如,現在各主要儀表公司都能生產的0.1級智能差壓變送器,其數字量輸出精確度可達±0.075%,而若取電流輸出,變送器精確度為±0.1%FS,而此信號進入流量二次表或DCS的I/O口,由于模擬信號方法和A/D轉換,還要損失0.05%~0.1%的精確度。由于數字通信技術這一突出優點,大大促進了現場總線的發展和推廣應用。

10.1.4建立在通信基礎上的設備管理系統AMS

AMS(Asset Management  Solution)設備管理系統是專對智能化儀表進行管理和維護而設計的系統,它使用戶能夠監視、管理和調整在過程中運行的設備和過程本身。

(1)AMS的硬件結構   AMS的硬件系統結構如圖10.3所示,它由HART轉換器、RS-232/RS-485通信轉換器、HART調制解調器和PC機組成。

         

                  圖10.3 AMS的系統結構

①HART轉換器(HART  Interchange Unit ,簡稱HIU)。一個HART轉換器可帶32臺HART設備。一個網絡最多可帶31臺HIU,即可帶992臺HART設備。一旦通電,每臺HIU即建立一個連接設備的內部表。當用軟件掃描設備時,需要從現場設備中獲取過程變量的狀態信息。這些信息先儲存到HIU的內存中,再傳送到PC機中。

②RS-232/RS-485轉換器。RS-232/RS-485轉換器用來連接HART轉換器與PC機的通信口,因為RS-485網絡具有傳輸距離長,抗干擾能力強等優點,現場采用RS-485網絡通信。而普通的PC機只有RS-232接口,所以兩者之間需要使用轉換器。

③HART調制解調器(HART Mo-dem)。HART調制解調器是一種結構緊湊、牢固的外部接口,可滿足現場和車間維護的需要,它提供了單臺設備與AMS相連的手段,它裝在一個DB-9外殼內,附有一個9針的RS-232接口。它是隔離的、電流限制的、與極性無關、無干擾的連接方式。HART調制解調器適用于臺式和筆記本PC機,無需外部供電,可與任何HART設備以輪詢或突發方式進行通信。

(2)AMS的軟件功能

①組態(configuration)。在軟件的支持下,通過PC機對現場的智能化儀表進行組態。

②儀表校準及維護。維護人員不需將以表從安裝地點拆下,也不需將壓力等信號輸入儀表,在控制室或辦公室就可實現儀表的校準和檢查維護。

③位號查詢;狀態查詢;回路檢測與設備資源檢測;向HART手持終端下載信息;自動維護文檔;查看設備歷史信息等。

(3)AMS的特點

①     AMS軟件以現場服務器為平臺的T型結構,為用戶提供一個圖形化界面。

②     AMS為現場設備數據在工廠不同地點之間的交換帶來方便。

③     AMS通過一個集中數據庫獲取現場設備數據,從而提高勞動效率。

④     AMS通過在線獲取現場設備的狀態和診斷信息,改進了設備的可用性。

 

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