20世紀(jì)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(chǎn)品,所采用的同心協(xié)議也有多種,其中最著名的是由Rosemount公司提出的HART協(xié)議(可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)公路),它是在4~20mA電流上疊加1200Hz和2200Hz兩個獨(dú)立的頻率信號,分別代表數(shù)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(diào)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(shí)現(xiàn)與4~20mA并存條件下的數(shù)字通信,也可經(jīng)接口與PC機(jī)或DCS相連,實(shí)現(xiàn)全數(shù)字通信,完成多項(xiàng)任務(wù)。
10.1.1 與手持終端器(HHT)或智能現(xiàn)場通信器(SFC)通信
手持終端器或智能現(xiàn)場通信器是以微處理器為基礎(chǔ)的與智能變送器進(jìn)行數(shù)字通行的接口裝置,是一種新型調(diào)試工具,利用它能在現(xiàn)場(或控制室)對智能變送器進(jìn)行組態(tài)、測試、調(diào)整、校驗(yàn)、查看自診斷信息。圖10.1所示為與手持終端器的連接。現(xiàn)在多家儀表公司都有此類產(chǎn)品,用戶對變送器進(jìn)行維修、校驗(yàn)極為方便。
10.1.2 與流量演算器一起組成多量程流量計(jì)
差壓式流量計(jì)現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的一種流量計(jì),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(shè)備為主要耗熱設(shè)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(jì)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(xiàng)就會給夏季計(jì)量帶來無法容許的系統(tǒng)誤差,所以有許多單位使用多量程流量計(jì)。像上面的例子是冬季使用高量程,夏季使用低量程。
現(xiàn)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(diào)比高達(dá)40倍以上,為多量程流量計(jì)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了良好條件。如圖10.2所示的雙量程差壓式流量計(jì)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(dān)HART通信中傳送±0.5mA數(shù)字信號的任務(wù)。
量演算器設(shè)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(yīng)。演算器中還設(shè)定有高低量程流量切換值 ,當(dāng)差壓變送器處于高量程狀態(tài)時,演算器用 參與計(jì)算流量,如果計(jì)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(shè)計(jì)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(jì)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(shí)施的時候一般還要設(shè)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(shù)修正,以保證測量精確度。
10.1.3與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成數(shù)采系統(tǒng)
國外有的公司推出用于HART協(xié)議通信的硬件產(chǎn)品,例如PCSMART模塊,將其插入PC機(jī)空余槽口中,其輸出可與15臺SMART設(shè)備構(gòu)成多站網(wǎng)絡(luò)。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(gòu)成5點(diǎn)帶溫度壓力補(bǔ)償流量測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由于采用了高精確度、寬量程的智能變送和運(yùn)算能力極強(qiáng)的PC機(jī),因此測量精確度高,而且擴(kuò)大了范圍度。
用數(shù)字通信的方法讀取變送器的測量結(jié)果要比用模擬信號傳送測量信號精確度明顯提高。例如,現(xiàn)在各主要儀表公司都能生產(chǎn)的0.1級智能差壓變送器,其數(shù)字量輸出精確度可達(dá)±0.075%,而若取電流輸出,變送器精確度為±0.1%FS,而此信號進(jìn)入流量二次表或DCS的I/O口,由于模擬信號方法和A/D轉(zhuǎn)換,還要損失0.05%~0.1%的精確度。由于數(shù)字通信技術(shù)這一突出優(yōu)點(diǎn),大大促進(jìn)了現(xiàn)場總線的發(fā)展和推廣應(yīng)用。
10.1.4建立在通信基礎(chǔ)上的設(shè)備管理系統(tǒng)AMS
AMS(Asset Management Solution)設(shè)備管理系統(tǒng)是專對智能化儀表進(jìn)行管理和維護(hù)而設(shè)計(jì)的系統(tǒng),它使用戶能夠監(jiān)視、管理和調(diào)整在過程中運(yùn)行的設(shè)備和過程本身。
(1)AMS的硬件結(jié)構(gòu) AMS的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10.3所示,它由HART轉(zhuǎn)換器、RS-232/RS-485通信轉(zhuǎn)換器、HART調(diào)制解調(diào)器和PC機(jī)組成。
①HART轉(zhuǎn)換器(HART Interchange Unit ,簡稱HIU)。一個HART轉(zhuǎn)換器可帶32臺HART設(shè)備。一個網(wǎng)絡(luò)最多可帶31臺HIU,即可帶992臺HART設(shè)備。一旦通電,每臺HIU即建立一個連接設(shè)備的內(nèi)部表。當(dāng)用軟件掃描設(shè)備時,需要從現(xiàn)場設(shè)備中獲取過程變量的狀態(tài)信息。這些信息先儲存到HIU的內(nèi)存中,再傳送到PC機(jī)中。
②RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器。RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器用來連接HART轉(zhuǎn)換器與PC機(jī)的通信口,因?yàn)镽S-485網(wǎng)絡(luò)具有傳輸距離長,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)場采用RS-485網(wǎng)絡(luò)通信。而普通的PC機(jī)只有RS-232接口,所以兩者之間需要使用轉(zhuǎn)換器。
③HART調(diào)制解調(diào)器(HART Mo-dem)。HART調(diào)制解調(diào)器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、牢固的外部接口,可滿足現(xiàn)場和車間維護(hù)的需要,它提供了單臺設(shè)備與AMS相連的手段,它裝在一個DB-9外殼內(nèi),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(guān)、無干擾的連接方式。HART調(diào)制解調(diào)器適用于臺式和筆記本PC機(jī),無需外部供電,可與任何HART設(shè)備以輪詢或突發(fā)方式進(jìn)行通信。
(2)AMS的軟件功能
①組態(tài)(configuration)。在軟件的支持下,通過PC機(jī)對現(xiàn)場的智能化儀表進(jìn)行組態(tài)。
②儀表校準(zhǔn)及維護(hù)。維護(hù)人員不需將以表從安裝地點(diǎn)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(shí)現(xiàn)儀表的校準(zhǔn)和檢查維護(hù)。
③位號查詢;狀態(tài)查詢;回路檢測與設(shè)備資源檢測;向HART手持終端下載信息;自動維護(hù)文檔;查看設(shè)備歷史信息等。
(3)AMS的特點(diǎn)
① AMS軟件以現(xiàn)場服務(wù)器為平臺的T型結(jié)構(gòu),為用戶提供一個圖形化界面。
② AMS為現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)在工廠不同地點(diǎn)之間的交換帶來方便。
③ AMS通過一個集中數(shù)據(jù)庫獲取現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù),從而提高勞動效率。
④ AMS通過在線獲取現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)和診斷信息,改進(jìn)了設(shè)備的可用性。
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