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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）按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出電信號，傳統的輸出信號是4-20mA，為了更好的對儀表進行組態和配置，在4-20mA的基礎上增加了數字信號，HART協議應用由此誕生。本文將概述針對HART協議的壓力/差壓變送器的通用技術特點，重點區別與傳統的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、調試設備(手操器),基于HART通信協議和EDD技術對HART智能設備的組態或通信。

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,其中一個信道的頻率沒有使用。

l陣發模式Burst

HART通信協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、連續的發送標準的HART響應消息(例如:PV值),直到主設備發送命令終止該模式。

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)來創建的。

lHART通信協議

一種兼容傳統的4mA~20mA模擬信號制的現場總線協議,簡稱HART協議。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

主從系統中能發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設備狀態與診斷

HART通信協議定義的基本狀態信息,其通常包含在現場設備的響應消息中。主站系統通過檢測響應消息中的狀態信息來識別現場儀表的錯誤與警告情況。用戶能夠通過狀態信息提供的量程是否超限、硬件運行狀態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技術加載在傳統模擬信號上,以數字通信的方式向控制系統提供現場設備管理信息,也可以提供遠程組態配置和管理的功能。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。

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

HART協議智能儀表的安裝方式和傳統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、高可靠和零點穩定等優良品質；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、流量等多種工業參數，可以廣泛應用于石油、化工、電力、冶金等行業。部分性能指標如下：

●支持HART、FF H1、PROFIBUS PA、PROFIBUS DP協議最新版本；

●可通過HART協議認證測試、 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)；

●長期穩定性：±0.2%量程上限/5年；