智能压力变送器的几种协议

智能变送器的可靠性与稳定性非常高，但经常遇到通讯方面的问题。由于智能变送器诞生时国际上没有制定出统一的通信协议标准，所以各生产厂家生产的变送器用的通信协议不尽相同。典型的如Honeywell的ST3000用的是DE协议，Fisher-Rosement的3051用的是HART协议，横河川仪的EJA系列为Brain(布朗)协议/HART协议，还有遵循现场总线通信标准的全数字式智能变送器。影响智能变送器现场不通讯的因素主要有高频电磁波干扰;因电缆太长、电缆的分布电容超过了网络限制，及负载电阻较低等。各协议的特点及可能伴生的通讯问题如下。

 

1 HART协议

 

HART(Highway Addressable Remote Transducer)是基于贝尔202通讯标准的移频键控(FSK)技术[2]，通过在4~20mA电流上叠加频率信号实现数字通讯。2个不同频率:1200 Hz和2200H:代表"0"和"1"，以正弦波的形式叠加在4~20mA直流信号上，因这些正弦波的平均值为零，所以不产生直流分量，不会对4~20rnA过程信号产生影响，它是在不中断传输信号的情况下完成了真正的同步通讯。

 

中山化工有限公司曾现场应用了几台HART协议的3051变送器和1台涡街流量计，投运后均出现异常，撤回到车间校验，仪表通讯及工作正常。经细致检查，发现装置中运行了60 Hz的电机、泵，为适应50 Hz的电源，采用了大量的变频器，而变频器的载波频率大都组态设置为2000 Hz，这个频率正好与HART通讯频率接近，从而影响了智能变送器的正常工作。采取增大仪表电缆与动力电缆槽架的改造措施后问题得到解决[3]。另外在智能变送器和连线的附近使用发报机也会影响正常通讯与工作。

 

2 DE协议

 

DE协议是以脉冲电流的多少来代表"1"和"0"的，数字信号和模拟信号是分开传输的，当传送数字信号时，模拟信号须中断[1]。HART通讯频率较高(约1~2 kHz)，要求网络的时间常数不大于0.65μs，这样HART通讯设备及网络的最大电容限制了通讯的最大距离，一般为不大于400m。而DE协议通讯频率较低，网络的最大时间常数为104μs，允许的电缆分布电容比HART协议宽的多，所以，就会出现同一套装置中用DE通讯协议的仪表通讯正常而用HART协议的智能变送器却不能通讯的现象。对于具有HART协议的变送器如果通讯距离确实需要足够长，可以用电容较低的交联电缆。

 

3 现场总线通讯协议

 

IEC(国际电工委员会)对现场总线(Fieldbus)的定义是"安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。"它是一种全数字化、双向、串行、多站的通信网络，一对导线上可传输多种信息。纯数字的现场总线智能变送器，是根据现场总线通信协议开发出来的一种变送器。它已不是传统意义上的变送器，而是同时起着变送、控制和通信的作用。在整个控制系统中，每台变送器都是一个网络接点。使用现场总线后，自控系统的配线、安装、调试和维护等方面的费用可以大大降低，随着现场总线控制系统(FCS)的发展应用，作为现场总线控制系统基础的现场总线智能变送器必将被广泛应用。

智能压力变送器一般是由传感器、微处理器、存储器及模数、数模转换器组成。传感器用来检测被测量的信号，其所用材料因厂家而异。横河EJA为硅谐振式，把被测参数转换为硅梁的振动频率;ST300的传感器是扩散硅复合半导体式，把被测参数转换为硅芯片电阻值的变化;1151、3051及富士的FCX-A/C是硅微电容式，通过测电容来获得被测的差压或压力值，而8600系列智能变送器则为电感式。微处理器是智能变送器的核心，负责对数据的综合运算处理，如对检测信号线性化、量程重调、函数运算、工作单位换算及诊断与通讯功能。存储器用来存贮供微处理器调用的各种常数、程序及变送器的组态等，一般都是可擦写的。模数、数模转换器是将模拟信号与数字信号进行相互转换，传感器的检测信号到微处理器须用模数转换器，微处理器输出4~20mA信号须用数模转换器。智能变送器需要输出一路数字信号与DCS进行通讯，并附有一智能现场通讯器(SFC)或称手操器来与变送器通讯。此外，智能变送器备有后备电源，以免停电时存储器内数据丢失。