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HART协议智能变送器在应用中的典型故障及原因

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HART协议现场总线作为一种过渡的总线技术,在保留传统模拟变送器标准4-20mA电流信号的基础上增加了通信功能。HART协议的智能变送器既可以接入DCS系统,又可以通过现场总线通讯组成完整的FCS系统,同时还可以通过手持终端在线调整智能变送器参数。由于HART智能变送器具有多样灵活性,越来越得到广泛的使用。
 
1.HART协议智能变送器原理
1.1关于HART协议
HART协议具有与现场总线类似的体系结构及总线式数字通讯功能。它参照“1SO/OSI”的模型标准,规定了HART通讯的物理信号方式和传输介质。HART协议采用了Bel202标准的FSK频移键控信号,即在4-20mA的模拟信号上叠加幅度为0.5mA的正弦调制波,1200Hz代表逻辑“1”,2200Hz代表逻辑
“0”由于所叠加的正弦信号平均值为0.所以数字通讯信号不会干扰4-20mA的模拟信号,模拟和数字通讯同时进行。因此HART协议的主要优点是能兼容数字信号通讯和模拟信号通讯。
1.2变送器的构成
智能变送器是由传感器和微处理器组成。它充分利用了微处理器的运算和存储能力,可对传感器的数据进行处理,包括对测量信号的调理(如滤波、放大、AD转换等)、数据显示、自动校正和自动补偿等。微处理器是智能变送器的核心。它不仅可以对测量数据进行计算、存储和数据处理,还可以通过反馈
回路对传感器进行调节,以使采集数据达到ZUI佳。对不同的变送器,其传感器各不相同,输出的模拟信号也不相同,但要求传感器各不相同,输出的模拟信号也不相同,但要求传感器部分的耗电不得超过1mA。智能変送器部分关键是解决的功耗问题。由于HART数字通讯的要求,有0.5mA的正弦波叠加在0.4mA电流上,因此整个智能变送器的硬件电路必须保证在3.5mA的工作电流下还能正常。传感器部分将消耗ImA左右的电流。因此智能变送部分耗电在2.5mA内。在如此小的电流下使CPU、AD、DA,以及 MODEN还能正常工作。因此智能变送器的核心是的功耗技术,同时在远距离数字通讯时对电源和电缆有一定的要求。
1.3可能存在的故障
基于HART协议的智能变送器的原理,有时出现载波干扰、电缆电容过大、到表头的电压低于11V、回路电阻过大等原因造成智能变送器运行故障。

2.应用中的几例典型故障及原因分析
2.1电缆太长,智能变送器现场不通讯。1151电容式变送器投用后不不,现场检查电压为21.9V,属正常范围。拆回室内校验(268、275通讯器),通讯及仪表工作正常。分析其原因电缆电容大于HART通讯设备允许的ZUI大电容。导致通讯严重失真,而无法通讯,改用交联电缆(C为90PFM)即可解决。
2.2变频器载波干扰
(1)智能变送器现场不通讯,甚至变送器指示0流量的3051变送器,差压指示48%,检査现场电压均正常,并联0.1uf电容虽不能通讯,但指示正常,可以确认这是线路干扰问题。分析原因2KHz左右的高频电磁干扰影响HART通讯器的信号，使变送器产生错误信号。变频器的载波频率取决于其型号和容量,一般为2.0~1.6KHz(根据负荷组态)。 HITACHIJ300-110HF95(VT)和150HFS(VT)大都组态设置为2KHz与HART通讯频率十分接近,这个“0”信号频率附近的杂波影响 Smart变送器,使它不能正确的响应275信号,甚至按此信号错误地转为电流输出或其它错误操作方式。采用增大仪表电缆与动力电缆的距离的改造措施。
(2)压力变送器E+HPMC-133型,配备变频器投用后指示偏低,变频器停下,恢复正常。
(3)ST3000经常出现输出信号大幅波动,经仔细观察,发现改现象类似于SFC通讯器调整变送器参数确认后,变送器重新初始化的状态。分析原因是变频器所产生的强电磁场及电机频繁启停的尖峰脉冲干扰,导致智能变送器自动复位,试在变送器的信号端接上100V、4.uf电容问题得以解决。
(4)超声波流量计,突然指示异常;指示值乱跳,输出电流业随之变化,或隔一段时间指示就回零。分析原因是变频器干扰。解决措施将电缆变为屏蔽电缆,将屏蔽层于探头电缆屏蔽层同一接地,信号线与地之间跨接电容无效的情况下,试将探头负端与屏蔽层同一接地,仪表恢复正常。
(5)分体式超声波流量计,用作液位指示,将其转换器的输出变为变送器的输入,投用时仪表的指示值固定在某一值上,变频器停运仪表指示正常。分析原因是仪表输出隔离特性太差。
2.3回路电阻影响
测量小信号时仪表指示正常,随着测量信号的增大,仪表输出开始波动,经校验正常,反复查找原因,发现回路电阻过大,可采用以下方案解决。采用内阻较小的安全栅、信号线,以减小回路内阻,若存在困难,可把DCS供电方式改为外接电源供电,但为保证电路安全和与SFC的通讯在回路接一电阻,其值大小和导线电阻之和不小于250,这样可以提高闭环电路的供电电压,保证表头电压大于11V。具体如图1、2所示。

3.结束语
HART应用面越来越广,不仅在单一仪表中应用,同时在DCS中也有广泛的使用。它的系统功能强,涉及参与的参数多,界面显示易懂、易看、易解释、易操作。以上典型故障及原因分析是在长期的维护工作中的经验所得,供各位同仁学习和借鉴。