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                HART協議智能變送器在應用中的典型故障及原因

                來源:江蘇創輝自動化儀表有限公司 時間:2021-06-12
                HART協議現場總線作為一種過渡的總線技術在保留傳統模擬變送器標準4-20mA電流信號的基礎上增加了通信功能。HART協議的智能變送器既可以接人DCS系統,又可以通過現場總線通訊組成完整的FCS系統,同時還可以通過手持終端在線調整智能變送器參數。由于HART智能變送器具有多樣靈活性,越來越得到廣泛的使用。
                 
                1.HART協議智能變送器原理
                1.1關于HART協議
                HART協議具有與現場總線類似的體系結構及總線式數字通訊功能。它參照“ISO/OSI”的模型標準,規定了HART通訊的物理信號方式和傳輸介質。HART協議采用了Bel102標準的FSK頻移鍵控信號即在4-20mA的模擬信號上疊加幅度為0.5mA的正弦調制波,1200Hz代表邏輯“1”,2200Hz代表邏輯0”由于所疊加的正弦信號平均值為0,所以數字通訊信號不會干擾4-20mA的模擬信號,模擬和數字通訊同時進行。因此HART協議的主要優點是能兼容數字信號通訊和模擬信號通訊。
                1.2變送器的構成
                智能變送器是由傳感器和微處理器組成。它充分利用了微處理器的運算和存儲能力,可對傳感器的數據進行處理,包括對測量信號的調理(如濾波、放大、AD轉換等)、數據顯示、自動校正和自動補償
                等。微處理器是智能變送器的核心。它不僅可以對測量數據進行計算、存儲和數據處理,還可以通過反饋回路對傳感器進行調節,以使采集數據達到ZUI佳。
                對不同的變送器,其傳感器各不相同,輸出的模擬信號也不相同,但要求傳感器各不相同,輸出的模擬信號也不相同,但要求傳感器部分的耗電不得超過1mA。智能變送器部分關鍵是解決的功耗問題。由于HART數字通訊的要求,有0.5mA的正弦波疊加在0.4mA電流上,因此整個智能變送器的硬件電路必須保證在3.5mA的工作電流下還能正常。傳感器部分將消耗ImA左右的電流。因此智能變送部分耗電在
                2.5mA內。在如此小的電流下使CPU、AD、D/A,以及 MODEM還能正常工作。因此智能變送器的核心是的功耗技術,同時在遠距離數字通訊時對電源和電纜有一定的要求。
                1.3可能存在的故障
                基于HART協議的智能變送器的原理,有時出現載波干擾、電纜電容過大、到表頭的電壓低于11V回路電阻過大等原因造成智能變送器運行故障。
                 
                2.應用中的幾例典型故障及原因分析
                2.1電纜太長,智能變送器現場不通訊
                電容式變送器投用后不不,現場檢査電壓為21.9V,屬正常范圍。拆回室內校驗(268、275通訊器),通訊及儀表工作正常。分析其原因電纜電容大于HART通訊設備允許的ZUI大電容。導致通訊嚴重失真,而無法通訊,改用交聯電纜(C為90PF/M)即可解決。
                2.2變頻器載波干擾
                (1)智能變送器現場不通訊,甚至變送器指示0流量的3051變送器,差壓指示48%,檢査現場電壓均正常,并聯0.1uf電容雖不能通訊,但指示正常,可以確認這是線路干擾問題。分析原因2KHz左右的高頻電磁干擾影響HART通訊器的信號,使變送器產生錯誤信號。變頻器的載波頻率取決于其型號和容量,一般為2.0~1.6KHz(根據負荷組態)。 HITACHIJ300-110HF95(VT)和150HFS(VT)大都組態設置為2KHz與HART通訊頻率十分接近,這個“0”信號頻率附近的雜波影響Smar變送器,使它不能正確的響應275信號,甚至按此信號錯誤地轉為電流輸出或其它錯誤操作方式。采用增大儀表電纜與動力電纜的距離的改造措施。
                (2)壓力變送器E+HPMC-133型,配備變頰器,投用后指示偏低,變頻器停下,恢復正常。
                (3)ST000經常出現輸出信號大幅波動,經仔細觀察,發現改現象類似于SFC通訊器調整變送器參數確認后,變送器重新初始化的狀態。分析原因是變頻器所產生的強電磁場及電機頻繁啟停的尖峰脈沖干擾,導致智能變送器自動復位,試在變送器的信號端接上100V、4.7uf電容問題得以解決。
                (4)美國康創( control) SYSTEM99超聲波流量計,突然指示異常;指示值亂跳,輸出電流業隨之變化,或隔一段時間指示就回零。分析原因是變頻器干擾。解決措施將電纜變為屏蔽電纜,將屏蔽層于探頭電纜屏蔽層同一接地,信號線與地之間跨接電容無效的情況下,試將探頭負端與屏蔽層同一接地,儀表恢復正常。
                (5)加拿大Mini Range Plus分體式超聲波流量計,用作液位指示,將其轉換器的輸出變為變送器的輸入,投用時儀表的指示值固定在某一值上,變頻器停運儀表指示正常。分析原因是儀表輸出隔離特性太差。
                2.3回路電阻影響
                測量小信號時儀表指示正常,隨著測量信號的增大,儀表輸出開始波動,經校驗正常,反復查找原因,發現回路電阻過大,可采用以下方案解決。采用內阻較小的安全柵、信號線,以減小回路內阻,若存在困難,可把DCS供電方式改為外接電源供電,但為保證電路安全和與SFC的通訊在回路接一電阻,其值大小和導線電阻之和不小于250,這樣可以提高閉環電路的供電電壓,保證表頭電壓大于11V。具體如圖
                1、2所示。

                3.結束語
                HART應用面越來越廣,不僅在單一儀表中應用,同時在DCS中也有廣泛的使用。它的系統功能強,涉及參與的參數多,界面顯示易懂、易看、易解釋、易操作。以上典型故障及原因分析是在長期的維護工作中的經驗所得,供各位同仁學習和借鑒。
                 
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