基于HART協議的475手操器在智能儀表中的應用

胡林紅，孔令敏，李 濤

（中國海洋石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

1 HATR協議簡介

HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）協議，即可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議，是美國ROSEMOUNT 公司于1985 年推出用于現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議［1］。

HART 協議使用ISO/OSI 開放系統互聯模式，采用其簡化3層模型結構，即第1層物理層、第2層數據鏈路層和第7層應用層，其對應關系見表1［2］。

表1 OSI模型與HART通信協議對應關系

HART 通信使用載波傳輸的方式（即采用數字信號對載波進行調制后再實行傳輸）和半雙工的通信方式（即信息流可在2 個方向上傳輸，但同時只允許1 個方向的傳輸）。HART 通信采用基于Bell202 通信標準的FSK 頻移鍵控信號，在低頻的4～20 mA 模擬信號上疊加1 個幅度為0.5 mA 的高頻數字信號進行雙向數字通訊［3］，2 種信號共享硬件而不沖突。數據傳輸率為1.2 Mbps，由于FSK 信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，保證了與現有模擬系統的兼容性［4］。

在HART 協議物理層中規定，通信傳輸速率為1 200 波特，數字信號用2個頻率表示：1 200 Hz代表邏輯“1”，2 200 Hz代表邏輯“0”，如圖1 所示。

圖1 HART協議通信的FSK信號

2 HATR475手操器簡介

HART475 手操器是羅斯蒙特HART375 手操器的改良升級型號，它旨在與不同設備生產商的各種HART 和現總線設備協同運作。通過由HART 通訊基金會和Fieldbus Foundation 支持的電子設備描述語言(EDDL)技術，可實現設備互操作性，可以對設備進行配置、維護或故障排除。

手操器內存由3 種組件構成。（1）內部閃存：32 MB 非易失RAM，儲存操作系統和系統軟件；（2）系統卡：帶有非易失閃存的1 GB 或更大內部安全數字卡；（3）RAM：32 MB，僅用于程序執行。

連接475 手操器或系統卡，用戶可使用3 種類型連接至簡易升級程序：IrDA、藍牙、支持的讀卡器。475 手操器必須處于監聽PC 模式，以通過Ir-DA或藍牙通訊。

開啟475 手操器，點擊主菜單，若在線HART設備與手操器已連接，則會自動顯示HART應用程序在線菜單；如果沒有連接設備，則幾秒鐘后顯示HART應用程序主菜單。

當475手操器與設備通訊時，窗口上方將顯示1個跳動的HART 圖標。475手操器見圖2，圖標及其含義見表2。

圖2 475手操器

表2 475手操器圖標及其含義

3 手操器與現場智能儀表連接方式

3.1 連接到HART設備

使用連接器將手操器與設備或負載電阻并聯，不具有極性敏感，HART回路中須至少有250 Ω電阻［5］。手操器頂端有3 個端口，紅色是各自協議正極，黑色為2個協議共享的公共端口。保護蓋可以確保任一時刻只有1 對端口露出。同時有端口標記，指明端口對應相應的協議。見圖3、4。

圖3 475手操器連接到HART回路

圖4 475手操器直接連接到HART設備

3.2 連接到現場總線設備

由于測量電路，通訊端口上的475手操器現場總線連接器具有極性敏感。如果接線件連接錯誤，則會出現錯誤信息。

3.2.1 連接到現場總線設備接線見圖5、6。

圖5 工作臺接線

圖6 現場接線

4 475手操器在智能儀表中的操作和應用

某天然氣處理設施中，有羅斯蒙特智能溫度變送器171 個、壓力（差壓）變送器155 個、Fisher 智能閥門定位器136 個，所以熟練掌握475 手操器對智能儀表的操作技能，在智能儀表的維護保養、故障檢查方面顯得尤為重要。

4.1 回路數據監控和故障排查

在儀表校驗或DCS 系統顯示故障時，將手操器按照文中3.1 的連接方式連接至現場儀表。開機，選擇OnlineOverview進入界面。顯示PV值、AO電流輸出信號、LRV 量程下限值、URV 量程上限值。根據此4 項數據判斷智能儀表的故障。儀表校驗時，可根據PV值和AO值計算儀表的精度。

4.2 各智能變送器參數的調整

（1）零點標定：智能儀表使用過程中零點偶爾會發生漂移，用手操器可方便標定：Device setup→Detailed setup→Sensors→Pressure sensor/Temp sensor→Sensor service→Sensor Trim→Zero Trim。

（2）量程調整：當變送器的量程過大不適用當前工藝流程時或當雙法蘭差壓液位變送器存在正負遷移時，就需要對其進行量程的調整。475 手操器操作修改上、下限值，點擊LRV數值在彈出界面輸入修改值點擊確認，按SEND。

（3）修改位號和單位：新更換的變送器，位號和顯示單位跟現場實際不對應，此時需要對其進行修改。Device setup→Basic setup→Tag→輸入位號點擊確認，按SEND，位號修改完成。Device setup→Basic setup→Unit，選擇單位點擊確認，按SEND，單位修改完成。

4.3 模擬仿真信號進行回路測試

在智能儀表新投用或使用過程中DCS 顯示異常時，在確認儀表無故障情況下，可用475 手操器模擬4～20 mA 仿真信號給DCS 系統，測試回路的工作狀態。 Device setup→Diagnostics And Service→Loop Test。輸入模擬信號4 mA、8 mA、12 mA、16 mA、20 mA，與DCS畫面數據對比，測試狀態。

4.4 對Fisher智能閥門定位器的操作

在Fisher閥門檢修后，新安裝或生產過程中出現閥位偏差過大、反應遲鈍時，需要對閥門定位器進行校驗和調試。此處重點介紹用475 手操器的引導設置功能對Fisher 智能閥門定位器的第1 次校驗操作，具體操作如下：開機→HART→Online→Configure→Guided Setup→Setup Wizard→提示Instrument Mode 置于Not in Service→ENTER→Realy Type，選擇A or C→ENTER→Instrument Family 選擇 DVC6200/DVC6000→ENTER→選 擇 Travel Control→ENTER→選擇壓力單位PSI→ENTER→根據執行機構銘牌信息填寫Max Supply Pressure值→ENTER→選擇定位器所安裝的執行機構制造商→ENTER→選擇Actuator Model→ENTER→選擇Actuator Size→ENTER→選擇Valve Closed，即控制信號為4mA 時，定位器閥位反饋為4 mA(0)；選擇Valve Open，即控制信號為4 mA 時，定位器閥位反饋為20 mA(100%)→ENTER→ Yes→ENTER→Yes→ENTER→OK→SEND→ENTER→Yes→OK→ABORT（因為還需根據閥門尺寸修改增益值）。Configure→Detailed Setup→Response Control→Tuning→Travel Tuning→Travel Tuning Set→選擇合適的增益值（下10“、12“閥選擇J，14”、16”閥選擇K，18”、20“閥選擇L）→ENTER→Integral Enable→Disabled→返回Configure→Calibrate→Travel Calibration→Auto Calibration→Yes→ENTER→進入自動校驗程序→校驗完成→OK→Instrument Mode 置于In Service→ENTER（完成整個校驗操作）。

對于已校驗過的閥門定位器，再次進行校驗，則為：開機→HART→OnlineConfigure→Calibrate→Travel Calibration→Auto Calibration→Instrument Mode 置于Not in Service→Yes→ENTER→進入自動校驗程序→校驗完成→OK→Instrument Mode 置于In Service→ENTER（完成）。

5 結束語

針對智能儀表的應用和維護，介紹了HART協議和基于HART 協議475 手操器，并詳細闡述了475手操器與設備的連接方式和475手操器在實際工作中的應用方法，可以使從事自動化儀表行業的工作者更加熟悉和掌握475 手操器在智能儀表中應用的方法，以便在智能儀表的維護工作中快速有效查找和解決故障。