智能壓力變送器的幾種協議

智能變送器的可靠性與穩定性非常高，但經常遇到通訊方面的問題。由于智能變送器誕生時國際上沒有制定出統一的通信協議標準，所以各生產廠家生產的變送器用的通信協議不盡相同。典型的如Honeywell的ST3000用的是DE協議，Fisher-Rosement的3051用的是HART協議，橫河川儀的EJA系列為Brain(布朗)協議/HART協議，還有遵循現場總線通信標準的全數字式智能變送器。影響智能變送器現場不通訊的因素主要有高頻電磁波干擾;因電纜太長、電纜的分布電容超過了網絡限制，及負載電阻較低等。各協議的特點及可能伴生的通題如下。

 

1 HART協議

 

HART(Highway Addressable Remote Transducer)是基于貝爾202通訊標準的移頻鍵控(FSK)技術[2]，通過在4~20mA電流上疊加頻率信號實現數字通訊。2個不同頻率:1200 Hz和2200H:代表"0"和"1"，以正弦波的形式疊加在4~20mA直流信號上，因這些正弦波的平均值為零，所以不產生直流分量，不會對4~20rnA過程信號產生影響，它是在不中斷傳輸信號的情況下完成了真正的同步通訊。

 

中山化工有限公司曾現場應用了幾臺HART協議的3051變送器和1臺渦街流量計，投運后均出現異常，撤回到車間校驗，儀表通訊及工作正常。經細致檢查，發現裝置中運行了60 Hz的電機、泵，為適應50 Hz的電源，采用了大量的變頻器，而變頻器的載波頻率大都組態設置為2000 Hz，這個頻率正好與HART通訊頻率接近，從而影響了智能變送器的正常工作。采取增大儀表電纜與動力電纜槽架的改造措施后問題得到解決[3]。另外在智能變送器和連線的附近使用發報機也會影響正常通訊與工作。

 

2 DE協議

 

DE協議是以脈沖電流的多少來代表"1"和"0"的，數字信號和模擬信號是分開傳輸的，當傳送數字信號時，模擬信號須中斷[1]。HART通訊頻率較高(約1~2 kHz)，要求網絡的時間常數不大于0.65μs，這樣HART通訊設備及網絡的電容限制了通訊的距離，一般為不大于400m。而DE協議通訊頻率較低，網絡的時間常數為104μs，允許的電纜分布電容比HART協議寬的多，所以，就會出現同一套裝置中用DE通訊協議的儀表通訊正常而用HART協議的智能變送器卻不能通訊的現象。對于具有HART協議的變送器如果通訊距離確實需要足夠長，可以用電容較低的交聯電纜。

 

3 現場總線通訊協議

 

IEC(國際電工委員會)對現場總線(Fieldbus)的定義是"安裝在制造和過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線稱為現場總線。"它是一種全數字化、雙向、串行、多站的通信網絡，一對導線上可傳輸多種信息。純數字的現場總線智能變送器，是根據現場總線通信協議開發出來的一種變送器。它已不是傳統意義上的變送器，而是同時起著變送、控制和通信的作用。在整個控制系統中，每臺變送器都是一個網絡接點。使用現場總線后，自控系統的配線、安裝、調試和維護等方面的費用可以大大降低，隨著現場總線控制系統(FCS)的發展應用，作為現場總線控制系統基礎的現場總線智能變送器必將被廣泛應用。

智能壓力變送器一般是由傳感器、微處理器、存儲器及模數、數模轉換器組成。傳感器用來檢測被測量的信號，其所用材料因廠家而異。橫河EJA為硅諧振式，把被測參數轉換為硅梁的振動頻率;ST300的傳感器是擴散硅復合半導體式，把被測參數轉換為硅芯片電阻值的變化;1151、3051及富士的FCX-A/C是硅微電容式，通過測電容來獲得被測的差壓或壓力值，而8600系列智能變送器則為電感式。微處理器是智能變送器的核心，負責對數據的綜合運算處理，如對檢測信號線性化、量程重調、函數運算、工作單位換算及診斷與通訊功能。存儲器用來存貯供微處理器調用的各種常數、程序及變送器的組態等，一般都是可擦寫的。模數、數模轉換器是將模擬信號與數字信號進行相互轉換，傳感器的檢測信號到微處理器須用模數轉換器，微處理器輸出4~20mA信號須用數模轉換器。智能變送器需要輸出一路數字信號與DCS進行通訊，并附有一智能現場通訊器(SFC)或稱手操器來與變送器通訊。此外，智能變送器備有后備電源，以免停電時存儲器內數據丟失。