目前工業(yè)生產(chǎn)中所采用的智能儀表，諸如常見的智能差壓變送器等等多數(shù)都具備HART協(xié)議通訊使用功能，HART通訊協(xié)議是現(xiàn)有技術(shù)下應(yīng)用范圍為廣泛、技術(shù)成熟度高的通訊協(xié)議，HART手操器在使用過程中也擁有諸多優(yōu)勢，例如：操作直觀、高效、便于攜帶，能夠深入查詢智能差壓變送器發(fā)生故障處的故障信息。在很大程度上縮減了技術(shù)人員在故障后處理故障所需要的時(shí)間，也免去了不必要的探測程序，主要的是，HART通訊協(xié)議是國內(nèi)通用協(xié)議，HART手操器具有的兼容性，因此得以廣泛應(yīng)用。本文首先對于HART手操器進(jìn)行簡要概述，然后較為詳盡的介紹了智能差壓變送器等儀表的工作原理，后詳細(xì)介紹了HART手操器在變送器檢定過程中的具體運(yùn)用細(xì)節(jié)。

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　　1HART手操器概述

　　HART手操器可在4mA～20mA之間的電流環(huán)中通過，在連接上如果設(shè)備能夠與HART之間是兼容的關(guān)系，那么任何HART設(shè)備都可以連接，在滿足這個(gè)條件之后還應(yīng)符合存在負(fù)載電阻的必要條件要求，負(fù)載電阻的小值為250。FSK技術(shù)是HART手操器主要采用的一種技術(shù)，其電流信號以疊加的方式進(jìn)行傳輸，4mA～20mA的模擬信號不會(huì)受到手操器與其兼容設(shè)備的通訊影響。

　　在進(jìn)行通信主要依靠的是HART手操器與協(xié)議儀表，HART儀表在配置上主要處理的對象是參數(shù)的設(shè)定（包括量程上下限等參數(shù)），對儀表數(shù)值的設(shè)定與檢測值的讀取，還有故障診斷維護(hù)等內(nèi)容。這種手操器支持主設(shè)備（包括HART網(wǎng)橋等在內(nèi)的設(shè)備），主設(shè)備主要存在于HART協(xié)議當(dāng)中，不僅對其協(xié)議的通信點(diǎn)對點(diǎn)方式，而且還對其通信的多點(diǎn)方式也同樣支持。如圖1所示，HART手操器的主要操作部分可以分為液晶顯示、動(dòng)作鍵、字母鍵以及Shift鍵4個(gè)主要部分。

　　不僅對于相對距離較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)端控制室，還是儀表來說都可以將HART手操器接入，并單獨(dú)操作HART儀表，以此促使通信操作的正常進(jìn)行。如圖3中的連接操作，HART協(xié)議設(shè)備與手持器保持并聯(lián)的連接方式，也能夠與電阻值為250的負(fù)載電阻以并聯(lián)的方式連接，引線極性

　　接口部分由電平轉(zhuǎn)換器與PC機(jī)串口連接，這個(gè)端口主要是對儀表庫進(jìn)行升級。

　　由于HART協(xié)議規(guī)定，HART手操器與其所進(jìn)行連接的變送器之間的回路中必須串聯(lián)一般為250～1100的負(fù)載電阻。因此，對于儀表電壓提出了一定的要求，如圖4所示在區(qū)間內(nèi)，手操器可以和儀表正常連接，當(dāng)電源電壓在規(guī)定電壓范圍以外時(shí)，手操器無法與設(shè)備正常連接。需要注意的是，如果手操器在開機(jī)之后在線設(shè)備的自動(dòng)輪詢地址數(shù)值為0，設(shè)備未連接時(shí)手操器會(huì)顯示地址0未發(fā)現(xiàn)設(shè)備，是否查找其它設(shè)備。

　　2智能差壓變送器的工作原理

　　智能差壓變送器的主體結(jié)構(gòu)可以劃分為兩大部分：其中一部分是傳感器部分；另一個(gè)部分是電子線路板。傳感器部分由直接數(shù)字電容電路、傳感器特征化元件、敏感元件以及溫度傳感器四個(gè)部分構(gòu)成。傳感器部分的主要元件有特征化元件、直接數(shù)字形式的電容電路、電子線路部分由數(shù)字/模擬信號轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、數(shù)字通信以及微處理器組成。對于一些智能化的變送器來說，在傳感部分主要采用智能傳感器，這種傳感器外觀體積小，精度卻很高，在轉(zhuǎn)換原理的基礎(chǔ)上對傳感器做了部分改良，選用直觀性更強(qiáng)的數(shù)字電容電路，傳統(tǒng)電路電路中的A/D轉(zhuǎn)換或者放大電路被取代，溫度與靜壓補(bǔ)償?shù)耐瓿捎蓴?shù)字化技術(shù)負(fù)責(zé)，對測量精度來說是有效的提高。也在很大程度上抑制了溫度漂移。在HART協(xié)議基礎(chǔ)之上所衍生的智能壓力變送器以及溫度變送器能夠適應(yīng)于各種壓力環(huán)境，能同時(shí)工作于氣體、液體以及蒸汽介質(zhì)的環(huán)境下，完成相關(guān)溫度與的壓力數(shù)據(jù)的測量。與采用的其他類型HART設(shè)備相比相似的一點(diǎn)是，變送器的HART通信功能也是支持雙向與遠(yuǎn)程的。主變量通過模擬信號經(jīng)4mA～20mA電流信號傳遞。此外，HART通信功能還能夠完成在系統(tǒng)工作過程中主變量參數(shù)的采集以及校準(zhǔn)、組態(tài)、診斷等功能，并且不對于模擬信號的傳遞造成影響[2]。如圖5所示。

　　1）傳感器主要構(gòu)造元件

　　敏感元件：介質(zhì)壓力終會(huì)傳遞到測量膜片中，測量膜片位于δ室中心，這期間需要經(jīng)由隔離膜片、灌充油來傳遞，測量膜片這種元件緊密而具有彈性，適用于對差壓的檢測。膜片位移、差壓二者之間是正比例的關(guān)系，允許大位移值為0.004in（0.10mm）。位置的確定借助直接數(shù)字形式的電容電器在膜片兩側(cè)固定電容的極板上進(jìn)行檢測。如圖6所示傳感器主要構(gòu)造元件圖。

　　隔離數(shù)字電容電路：該電路主要是對頻率信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這種信號來源于敏感元件的承受壓力，壓力信號隨著頻率信號的增強(qiáng)而增強(qiáng)，便于CPU采樣之用。

　　溫度傳感器：從名稱上來看溫度傳感器是對壓力傳感器在工作運(yùn)行中產(chǎn)生的溫度而進(jìn)行的測量，將測量的數(shù)值轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，促使微處理器對數(shù)字溫度進(jìn)行補(bǔ)償。特征化EEPROM：主要用于對傳感器特征化曲線的描述、對特征數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息的數(shù)字微調(diào)以及變送器溫度補(bǔ)償?shù)拇鎯?chǔ)。在關(guān)閉電源的情況下，保存在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)仍然保持完整性，EEPROM總存貯容量節(jié)數(shù)可達(dá)512字節(jié)。

　　2）電子線路板主要構(gòu)成

　　HART主電路模塊：變送器受到微處理器的控制，而壓力敏感元件的工作壓力由隔離數(shù)字電容電路測量，工作中的介質(zhì)溫度由溫度傳感器測量。微處理器以傳感器特征化EEPROM數(shù)據(jù)作為依據(jù)，分別做線性處理，與進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，將工作介質(zhì)有關(guān)的壓力值計(jì)算出來，其中一部分送往數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，一部分送往HART通信部分，另外微處理器還具有傳遞函數(shù)運(yùn)算等功能。

　　數(shù)/模轉(zhuǎn)換器：按照輸出形式將數(shù)字化形式的壓力信號在修正之后，轉(zhuǎn)為電流值為4mA～20mA的模擬信號，并將模擬信號傳輸給輸出回路。

　　HART通信：FSK信號以疊加的方式在4mA～20mA的回路上存在，發(fā)送部分同樣以信號疊加的形式存在于回路上。

　　多功能LCD顯示器：不僅可以顯示壓力、電流值、百分比、環(huán)境溫度等信息。配合按鍵，還可以完成功能*的現(xiàn)場調(diào)整。

　　3HART手操器對變送器的現(xiàn)場檢定分析

　　3.1改變儀表量程

　　隨著工業(yè)控制愈發(fā)精準(zhǔn)，初始設(shè)計(jì)和終工藝之間的誤差變的不可接受，有別于傳統(tǒng)儀表，HART儀表配合HART手操器可以輕松消除這個(gè)誤差，如：根據(jù)儀表所要執(zhí)行任務(wù)的不同與儀表工藝的不相同，其量程必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以便于測量結(jié)果更加直觀、準(zhǔn)確，利用HART手操器可輕松實(shí)現(xiàn)這一操作過程。其使用步驟如下：

　　1）連接變送器與手操器。

　　2）進(jìn)入聯(lián)機(jī)菜單模式，選擇在線設(shè)備菜單。

　　3）進(jìn)入主菜單，選擇詳細(xì)設(shè)置菜單。

　　4）分別調(diào)節(jié)量程的上限URV和量程下限LRV，修改儀表的量程。

　　3.2改變儀表電流值

　　新建工廠在設(shè)備投產(chǎn)前，需要進(jìn)行設(shè)備聯(lián)調(diào)，此時(shí)HART儀表配合HART手操器可以在系統(tǒng)沒有正常開機(jī)的情況下輸出固定電流，可輸出4mA～20mA之間的任意值和儀表采集信號無關(guān)，模擬系統(tǒng)正常工作情況，對系統(tǒng)進(jìn)行測試，方便發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。其使用步驟如下：

　　1）連接變送器與手操器。

　　2）進(jìn)入聯(lián)機(jī)菜單模式，選擇在線設(shè)備菜單。

　　3）進(jìn)入主菜單，選擇診斷服務(wù)菜單。

　　4）在環(huán)路電流檢測菜單模擬輸出電流即可。

　　3.3多點(diǎn)輪詢模式

　　某些特定工況下，電流過低會(huì)影響正常使用，使工作不能正常執(zhí)行；電流過高則極易造成設(shè)備的燒損。因此，必須嚴(yán)格加以控制。一般說來，為了簡化線路。避免冗余線路造成回路復(fù)雜，辨識度不高，天然氣管理中心經(jīng)常將數(shù)個(gè)變送器的線路連接于同一回路中，盡管同一回路，但連接點(diǎn)不同，此時(shí)需要給變送器分配不同地址，HART協(xié)議規(guī)定地址可以是0～15以內(nèi)的任意數(shù)字（包括0、15），在中控室尋找不同地址，即可很容易采集到各個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)[3]。地址分配過程中，難免會(huì)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致地址不，導(dǎo)致通訊沖突，HATR手操器依賴于其出色的通訊功能，可以輕松解決此類問題，重新分配地址，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。其操作流程如下：

　　1）連接智能差壓變送器與HATR手操器。

　　2）變更HATR手操器主菜單訪問方式，進(jìn)入手操器設(shè)置菜單(按鍵1)，顯示輪詢菜單Polling后，將從不輪詢(NeverPoll)更改為始終輪詢(AlwaysPoll)，同時(shí)將0作為變送器連接地址。

　　3）如果執(zhí)行上述操作后，該地址仍然不能發(fā)現(xiàn)設(shè)備。則會(huì)進(jìn)入自動(dòng)輪詢地址模式，在1～15之間循環(huán)切換地址序列號。此時(shí)應(yīng)返回通過主菜單(online模式)，選擇設(shè)備設(shè)置DeviceSetup（按鍵1），然后進(jìn)入詳細(xì)設(shè)置DetailedSetup(按鍵4)，選擇輸出條件OutputCondition，選擇HART輸出HARTOutput，選擇輪詢地址PollAddress0，然后按照檢查規(guī)程重新逐一排查檢查項(xiàng)目。

　　4）將地址設(shè)定為0～15以內(nèi)的任意數(shù)字（包括0、15），就可以使系統(tǒng)重新正常運(yùn)行。

　　4變送器模式的變更

　　在溫度變送器檢定的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變送部分配阻、配偶等交換使用的情況，這就需要對于變送器的模式進(jìn)行更改，然而在變送器部分實(shí)現(xiàn)這一調(diào)節(jié)比較麻煩，通過手操器更改變送模式，可以輕松實(shí)現(xiàn)這一功能，具體過程類似于3.3多點(diǎn)輪詢模式的過程3），只是在詳細(xì)設(shè)置中，選擇傳感器——溫度傳感器，即可實(shí)現(xiàn)變送部分的變更設(shè)置。

　　5結(jié)束語

　　HART手操器的投入，實(shí)現(xiàn)了智能差壓變送器控制過程中儀表量程改變、智能差壓變送器電流值鎖定與解鎖、變送器模式更迭，在很大程度上便利了智能差壓變送器的使用，簡化了智能差壓變送器操作過程中一些很復(fù)雜的程序，避免了不必要的時(shí)間浪費(fèi)，給生產(chǎn)操作帶來極大便利。目前關(guān)于此項(xiàng)可供參考的研究文獻(xiàn)尚少，一些概念、專有名詞等的解釋不夠清楚明了，此項(xiàng)研究開展以及論文攥寫較為困難。因此，本文難免有些疏漏，望各位同行以及專家學(xué)者批評指教。