【教学课件】第八章智能式现场仪表.ppt

第八章智能式现场仪表,兰州石化职业技术学院电子电气工程系,知识目标：了解HART协议技术和现场总线技术原理及特点 掌握EJA、ST3000、LS-PA智能差压变送器使用方法 掌握TT302智能温度变送器使用方法 掌握DVC5010智能阀门定位器和现场控制阀的配套使用方法技能目标：能操作“智能终端”设置EJA、ST3000差压变送器位号、单位、零点和量程 能理解运用“过程管理器”设置LS-PA差压变送器原理，并 能用“三键”对LS-PA差压变送器现场操作 能写出DVC5010智能阀门定位器在现场控制阀上的安装、校准方法,第8章 智能式现场仪表,8.4 智能式电动执行机构和智能式阀门定位器,第8章 智能式现场仪表,8.1 现场总线技术,8.2 智能差压变送器,8.3 智能式温度变送器,随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，现场总线技术正在迅猛发展和扩大，它给用户一个直观简单的使用界面和标准的“功能块”，用户可以使用那些“图形化”的语言来构筑自己的系统。基于现场总线技术的智能式现场仪表由于具有数字化、智能化、小型化等特点，能够满足目前DCS和现场总线系统等自控系统高精度、数字通讯、自诊断等要求，正在逐渐替代处于工业自动控制系统现场的模拟变送器和执行器。本章主要介绍几种目前技术比较成熟的智能式差压变送器、温度变送器和智能式阀门定位器。,第8章 智能式现场仪表,8.1现场总线技术,现场总线技术的产生和发展,自1983年Honeywell推出智能仪表Smar变送器之后，世界各厂家都相继推出各有特色的智能仪表。为解决开放性资源的共享问题，从用户到厂商都强烈要求形成统一标准，促进现场总线技术的发展。目前，有影响的现场总线技术有：基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等，除HART外，均为全数字化现场总线协议。从现场总线技术形成来看，它是控制、计算机、通信、网络等技术发展的必然结果；而智能仪表为现场总线技术的应用奠定了基础。,全数字化意味着取消模拟信号的传送方式，要求每一个现场设备都具有智能及数字通信能力，使得操作人员或其它设备（传感器、执行器等）向现场发送指令（如设定值、量程、报警值等），同时也能实时地得到现场设备各方面的情况（如测量值、环境参数、设备运行情况及设备校准、自诊断情况、报警信息、故障数据等）。此外，原来由主控制器完成的控制运算也分散到了各个现场设备上，大大提高了系统的可靠性和灵活性。现场总线技术关键之处在于系统的开放性，强调对标准的共识与遵从，打破了传统生产厂家各自标准独立的局面，保证了来自不同厂家的产品可以集成到同一个现场总线系统中，并且可以通过网关与其它系统共享资源。,目前，一方面现场总线标准正处在完善和发展阶段，另一方面传统的基于420mA的模拟设备还在广泛应用于工业控制各个领域。因此，立即全数字化是不现实的。为满足从模拟到全数字化的过渡，HART协议应运而生。它采用频移键控（FSK）技术在420mA模拟信号上叠加不同的频率信号来传送数字信号。由于420mA模拟信号标准将在今后相当长的时间内存在，因此学习基于HART协议技术的现场仪表和基于现场总线技术的智能仪表具有重要意义。,8.1.2 HART协议,1.HART协议简介,HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosemount公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过20多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的 420mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中，主要的变量和控制信息由420mA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。,HART通信采用的是半双工的通信方式。HART协议参考 ISO/OSI(开放系统互连模型)，采用了它的简化三层模型结构，即第一层物理层，第二层数据链路层和第七层应用层。第一层：物理层。规定了信号的传输方法、传输介质，为了实现模拟通信和数字通信同时进行而又互不干扰，HART协议采用频移键控技术FSK，即在420mA模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用 Be11202国际标准，数字信号的传送波特率设定为 1200bps，1200Hz代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑“0”，信号幅值0.5mA，如图8.1所示。,图8.1基于Bell202标准的FSK频移键控信号,通信介质的选择视传输距离长短而定。通常采用双绞同轴电缆作为传输介质时，最大传输距离可达到1500。线路总阻抗应在2301100之间。第二层：数据链路层。规定了HART帧的格式，实现建立、维护、终结链路通讯功能。HART协议根据冗余检错码信息，采用自动重复请求发送机制，消除由于线路噪音或其它干扰引起的数据通讯出错，实现通讯数据无差错传送。现场仪表要执行HART指令，操作数必须合乎指定的大小。每个独立的字符包括1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和一个停止位。由于数据的有无和长短并不恒定，所以HART数据的长度也是不一样的，最长的HART数据包含25个字节。第七层：应用层。为HART命令集，用于实现 HART指令。命令分为三类，即通用命令、普通命令和专用命令。,2.HART协议远程通信硬件,现场仪表的HART协议部分主要完成数字信号到模拟电流信号的转换，并实现对主要变量和测量、过程参数、设备组态、校准及诊断信息的访问。图8.2是HART协议通信模块结构框图。,图8.2 HART协议通信模块结构框图,HART通信部分主要由D/A转换和Bell202 MODEM及附属电路来实现。其中，D/A变换作用是直接将数字信号转换成420mA电流输出，以输出主要的变量。Bell202 MODEM及其附属电路的作用是对叠加在420mA环路上的信号进行带通滤波放大后，HART通信单元如果检测到FSK频移键控信号，则由Bell202 MODEM将1200Hz的信号解调为“1”，2200Hz信号解调为“0”的数字信号，通过串口通信交MCU，MCU接收命令帧，作相应的数据处理。然后，MCU产生要发回的应答帧，应答帧的数字信号由MODEM调制成相应的1200Hz和2200Hz的FSK频移键控信号，波形整形后，经AD421叠加在环路上发出。D/A变换器采用AD421，它是美国ADI公司推出的一种单片高性能数模转换器，由环路供电，16位数字信号以串行方式输入，可以将数字信号直接转换成420mA电流输出。,HART MODEM采用 Smar公司的 HT2012，是符合Bell202标准的半双工调制解调器，实现HART协议规定的数字通信的编码或译码。它一方面与MCU的异步串行通信口进行串行通信，一方面将输入的不归零的数字信号调制成FSK信号，再经AD421叠加在420mA的回路上输出，或者将回路信号经带通滤波、放大整形后取出FSK信号解调为数字信号，从而实现HART通信。由于HART数字通信的要求，有0.5mA的正弦波电流信号叠加在4mA电流上，因此整个硬件电路必须保证在3.5mA以下还能正常工作，因此实现系统的低功耗设计非常重要。,3.HART通信软件,HART通信程序也即为HART协议数据链路层和应用层的软件实现，是整个现场仪表软件设计的关键。在HART通信过程中，主机（上位机）发送命令帧，现场仪表通过串行口中断接收到命令帧后，由MCU作相应的数据处理，产生应答帧，由MCU触发发送中断，发出应答帧，从而完成一次命令交换。(1)在上电或复位后，主程序要对通信部分进行初始化，主要包括波特率设定、串口工作方式设定、清通信缓冲区、开中断等。(2)在初始化完成之后通讯部分就一直处在准备接收状态下，一旦上位机有命令发来，HT2012的载波检测口变为低电平，触发中断，启动接收，程序就进入接收部分。然后完成主机命令的解释并根据命令去执行相应的操作，最后按一定的格式生成应答帧并送入通信缓冲区，启动发送，完成后关闭SCI。(3)在发送应答帧之后，再次进入等待状态，等待下一条主机命令。HART协议因具有结构简单、工作可靠，通用性强的特点。使得它成为全球应用最广的现场通信协议，已成为工业上实际的标准。,8.1.3 现场总线协议,现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线(FIELDBUS）为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40余种：如德国西门子公司的ProfiBus，法国的FIP，英国的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等。工业常用的现场总线的种类有：基金会现场总线FF；Lon Works；ProfiBus和CAN等。,1.FF总线,FF是现场总线基金会（Fieldbus Foundation）的缩写。现场总线基金会是国际公认的、惟一不附属于企业的非商业化国际标准化组织。其宗旨是制定单一的国际现场总线标准。FF协议的前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、Yokogawa、ABB、Siemens等80家公司制定的ISP协议，还有以Honeywell 公司为首，联合欧洲等地的150家公司制定的World FIP协议。迫于用户的压力，支持ISP和World FIP的两大集团于1994年9月握手言和并成立了现场总线基金会FF（Fieldbus Foundation）。FF以ISO/OSI模型为基础，以其物理层、数据链路层和应用层为FF通信模型的相应层次，并在此基础上增加了用户层。基金会现场总线分为低速现场总线与高速现场总线两种。低速现场总线H1的传输速率为3125kbps，高速现场总线HSE的传输速率为100Mbps，H1支持总线供电和本质安全特性。无中继器时的最大通信距离为1900m，有中继器时可延长到9500m。非总线供电时，最多可直接连接32个节点，在总线供电时，可直接连接最多13个节点，在本质安全要求时，可直接连接6个节点。如加中继器最多可连接240个节点。通信介质可为双绞线、光缆或无线电。,FF采用可变长帧结构，每帧有0251个有效字节。Semiconductor、National、Siemens Yokogawa等公司可以提供FF的通信芯片。全世界已有120多家用户和制造商成为现场总线基金会的成员。基金会董事会囊括了世界上几乎所有的主要自动化设备供应商。现场总线基金会成员所生产的自动化设备占全世界市场的90%以上的份额。基金会强调中立与公正，所有的成员均可参加规范的制定和评估，所有的技术成果由基金会拥有和控制。由中立的第三方负责产品的注册和测试等。因而，基金会现场总线具有一定的权威性、公正性和广泛性。,2.Lon Works,Lon Works是局部操作网络（Local operating Network）的缩写。是由美国Echelon公司研制，于1990年正式公布的现场总线网络。采用了ISO/OSI模型中完整的七层协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。网络的传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等，在传输距离小于130m时，最高传输速率为1.25Mbps。最远传输距离为27km，通信速率为78kbps，结点总数可达32000个。Works总线的信号传输采用可变长帧结构，每帧的有效字节可取0288个，其所采用的Lon Talk通信协议被封装在神经元芯片（Neuron）中。该技术包括一个称之为LNS网络操作系统的管理平台，对LonWorks控制网络提供全面的管理和服务：安装、配置、监测、诊断等。LonWorks网又可通过各种连接设备接入IP数据网络和互联网，与IT应用实现无缝的结合。,3.ProfiBus,ProfiBus自1984年开始研制现场总线产品，现已成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，欧洲市场占有率大于40%，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。1996年6月ProfiBus被采纳为欧洲标准EN50170第二卷。PNO为其用户组织，核心公司有：Siemens公司，E+H公司，Samson公司，Softing公司等。ProfiBus技术特性：ProfiBus以ISO7498为基础，以开放式系统互联网络OSI（Open System Interconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。ProfiBus家族包括ProfiBus-DP，ProfiBus-PA，ProfiBus-FMS。ProfiBus-DP（Decentralized Periphery）是一种高速和便宜的通信连接，用于自动控制系统和设备级分散的I/0之间进行通信。,ProfiBus-FMS（FieldBus Message Specification）用来解决车间级通用性通信任务。与LLI（Lower Layer Interface）构成应用层，FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务，LLI协调了不同的通信关系，并向FMS提供了不依赖设备访问数据链路层。ProfiBus-PA（Process Automation）专为过程自动化而设计的，它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上。根据IEC61158-2国际标准，ProfiBus-PA可用双绞线供电技术进行数据通信，数据传输采用扩展的ProfiBus-DP协议和描述现场设备的PA行规。当使用电缆耦合器，ProfiBus-PA装置能很方便的连接到ProfiBus-DP网络。,4.CAN,CAN(Controller Area Network)是控制器局域网的简称，它由物理层、链路层和应用层构成。它是由德国BOSCH公司于1986年为解决现代汽车中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线。现已被列入ISO 国际标准，称为ISO11898。CAN的主要技术特点：（1）CAN网络上的节点不分主从，任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，通信方式灵活，利用这一特点可方便地构成多机备份系统。（2）CAN网络上的节点信息具有不同的优先级，可满足对实时性的不同要求，高优先级的数据最多可在134微秒内得到传输。,（3）CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间。（4）CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。（5）CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。（6）CAN上的节点数主要决定于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。总之，现场总线技术最本质的三大特点是：信号传输数字化、控制功能分散化、开放性与互操作性。,8.2 智能差压变送器,8.2.1 EJA智能差压变送器,1994年日本横河电机公司推出了Dpharp EJA 差压、压力智能变送器，其外形如图8.3所示。1998年初又在此基础上推出了改进型Dpharp EJA*A系列智能差压变送器。两个系列的结构原理是一样的，只是后者的性能比前者有了较大的提高。1.构成原理 EJA智能差压变送器工作原理框图如图8.4所示。它由单晶硅谐振式传感器和智能电气转换部件两个主要部分组成。单晶硅谐振式传感器上的两个H形振动梁分别将差压、压力信号转换为频率信号，并采用频率差分技术。将两频率差数字信号直接输出到脉冲计数器计数，计数到的两频率差值传递到微处理器内进行数据处理。特性修正存贮器的功能是贮存单晶硅谐振式传感器在制造过程中的机械特性和物理特性，通过修正以满足传感器特性要求的一致性。,图8.3 EJA 智能差压变送器外形,智能电气转换部分采用大规模集成电路，并将放大器制成专用集成化小型电路ASIC，从而减少了零部件，提高了放大器自身的可靠性，其体积也可以做得很小。智能电气转换部分的功能如下。,图8.4 EJA智能差压变送器工作原理框图,（1）将传感器来的信号，经微处理器(CPU)处理和D/A电路，转换成一个对应于设定测量范围的420mA摸拟信号输出。（2）内置存贮存放单晶硅谐振式传感器在制造过程中的机械特性和物理特性，包括环境温度特性、静压特性、传感器输入输出特性以及用户信息(位号、测量范围，阻尼时间常数、输出方式、工程单位等)。经CPU对它们进行运算处理和补正后，可使变送器获得优良的温度特性、静压特性及输入输出特性。（3）通过输入输出接口（I/O接口）与外部设备（如手持智能终端BT200或HART275和DCS中带通信功能的I/O卡），以数字通信的方式传递数据。由于叠加在模拟信号上的数字信号的平均值为0，因此数字频率信号对420mA DC模拟信号不产生任何扰动影响。EJA有两个通讯协议，一个是横河自己的BRAIN通讯协议，频率为2.4kHz，另一个是HART通讯协议，频率为1.2kHz。两个协议是不兼容的：叠加在420模拟信号上，只能是BRAIN或HART数字信号中的一种。,2.检查和调整,（1）安装接线 图8.5为变送器的接线端子，电源线接在“SUPPLY”的4号、端子上，因为它是两线制，所以电源线也就是信号线。“CHECK”端子1是接线用的，可以接内阻小于10的电流表或其它校验仪表，也可以不接。2为接地端子，变送器外部也有接地端子3，两端子可任选一个接地，接地电阻100。如要连接智能终端，可将智能终端的两根通讯线钩在变送器电源端子或其它中间端子，但不能直接钩在供电电源的上。,图8.5 接线端子图,（2）检查,变送器运行是否正常，可以有两种方法检查。使用智能终端BT200检查的方法是：将BT200的通讯线连接在变送器回路，并打开电源；按“ENTER”键，智能终端上即能显示仪表型号、位号及自检情况；再按“F1”键，便显示仪表百分输出、工程单位输出、放大器温度，并7s刷新一次；其它如变送器的测量范围、膜盒部件、规格型号都可以在BT200上检查。如BT200连到变送器后显示“Communication error”，则表示通讯线路有故障，无法通讯。,如变送器有故障，则显示“SELF CHECK ERROR”（自检错误），此时要按功能键“F2”以进一步检查故障在哪一部分。使用内藏显示计检查。如线路发生故障，则内藏显示计上无显示。如变送器发生故障，则显示计上显示故障代码，如“E07”等。然后根据说明书上代码所对应的故障，逐个加以解决。,（3）零点调整,变送器的零点调整有两种方法。使用变送器壳体上的调零螺钉。在变送器的外壳上有调零螺钉，如零位不对，可以用它来进行调整。但是有时仪表工为防止不相关的人乱调零点，用智能终端BT200将外调螺钉设在“禁止”状态，这时就不能用外调螺钉调整。所以在调整之前，先要将外调螺钉设在允许状态。使用智能终端BT200进行调整，调整方法见BT200的操作使用。,（4）量程调整,变送器的量程调整也有两种方法：一是通过智能终端，二是通过外调螺钉。关于前一种方法，后面智能终端的操作有介绍；对无智能终端，用外调螺钉调量程的方法如下：打开电源，并预热5min；向变送器内通0kPa的压力；用钝头细棒按动内藏显示器面板上的量程设置按钮，内藏显示计显示“LSET”（下限设定）；调节外部调零螺钉，至输出信号为0%（4mA DC）；按动量程设置按钮，内藏显示计显示“HSET”（上限设定）;接通测量范围上限压力；调节外部调零螺钉，直至输出信号为100%（20mA DC）；按动量程设置按钮，使变送器由调整状态回到正常测量状态。,3.HART275智能终端的基本操作,（1）简要说明 智能差压变送器具有智能通讯功能，所以它的测量范围设定、调整、自诊断可以在智能终端上进行，也可以在执行相同通讯协议的DCS上进行。Dpharp EJA智能差压变送器带Brain规程数字通讯时，其智能终端为BT200，带HART协议数字通讯时，可以和罗斯蒙特的手持终端275通讯。现介绍HART275的通讯方法。HART275智能终端外形如图8.6所示。它由显示单元和键盘组成。采用智能终端可在控制室、现场及回路的任一点处与变送器通讯。连接点与电源之间必须具有一个至少250的电阻与变送器并联，连接是不分正负极的。,（2）操作键的使用方法如图8.6所示，HART275智能终端有以下操作键。功能键F1、F2、F3、F4，用于确认显示于屏幕底部的操作命令。移位键5个，其功能是移动光标到所需的菜单项。电源开/关键（I/O）1个，其功能是开关电源。第二功能键（SHIFT）3个，当按 时，与字母/数字键相组合，可输入字母/数字键上对应位置的字母。,或,图8.6 HART275智能终端外形,字母/数字键，当不按第二功能键时，输入数字；在按下第二功能键时，输入字母。下面举例说明操作键的用法：输入15时，按输入SO时，按,（3）参数设置,位号设置（TAGNO）打开HART智能终端的电源，显示画面如图8.7(a)所示。选择Device SetupBasic setupTag出现如下设定Tag的画面，如图8.7(d)所示。在设定画面上输入数据,图8.7 位号设置画面,【例1】将Tag（位号）从YOKOGAWA变为FIC-1A,图8.8 输入数据操作步骤,输入数据后，按ENTER（F4）键，将数据存储在HART智能终端中，结果如图8.9所示。,图8.9位号显示画面,按热键（Hot Key），调出量程值设定画面如图8.10所示，按热键（Hot Key），调出量程值设定画面，设置压力单位，选择Press Unit ENTER（F4）3 UnitinH2OSEND（F2）SEND显示消失，单位更改成功。,图8.10 设置测量单位,设置测量单位【例2】将测量单位从mmH2O变更为inH2O。,【例3】将量程从0到2500mmH2O调整为500到3500mmH2O,图8.11 量程值设置画面选择4 LRV，键入下限值500，按F4键确认。选5 URV，设置上限值，键入3500，按F4键确认。按SEND（F2）键，发送数据，SEND显示消失，更改量程成功。,量程设置,【例4】现将输出模式由线性（出厂默认）变为开方。,图8.12 输出模式设置 选择Sq Root，按ENTER（F4）键，按SEND（F2）键，将数据发送至变送器，SEND显示消失，设置成功。,输出模式（线性/开方）设置,设置步骤：由1.Device setup2.Basic Setup3.Xfer fnctn，进入如图8.12所示画面。,【例5】从Linear变更为Sq root。设置步骤：由1.Device setup4.Detailed Setup4.Display condition2.Display fnctn调出如图8.13所示画面。,图8.13 显示模式设置画面 选择Square root，按ENTER(F4)键确认，按SEND（F2）键，发送数据。,内藏显示表的显示模式,内藏显示表的显示设置,显示方式设置步骤：由1.Device setup4.Detailed Setup4.Display condition2.Display Mode；选择User Set，按ENTER(F4)键确认，按SEND（F2）键，发送数据。设置用户自定义单位设置步骤：由1.Device setup4.Detailed Setup4.Display condition3.Engr disp range DisplayEngr Unit 工程单位上、下限设置步骤：由1.Device setup4.Detailed Setup4.Display condition3.Engr disp range2.Engr disp LRV，3.Engr disp URV 输入上、下限值，按ENTER(F4)键确认，按SEND（F2）键，发送数据。,设置静压单位：将静压单位由“mmH2O”变为“Kpa”设置步骤：由1.Device setup4.Detailed Setup1.Sensors3.Static Pres sensor2.Static Pres unit，选择Kpa，按ENTER（F4）键。按SEND（F2）键，传送数据。输出测试设置：该功能用于输出一恒流源3.2mA（5%）21.6 mA（110%）以检查回路。【例6】输出12 mA（50%），以检查恒流源。设置步骤：由1.Device setup2.Diag/Service2.Loop test进入如图8.14所示画面。设置控制模式为手动模式，按OK（F4）键。选择Other，按ENTER（F4）键。输入12，按ENTER（F4）键，输出12mA恒流，按OK（F4）键。要结束回路测试，选择END，按ENTER（F4）键，按OK（F4）键。,图8.14 恒流检查,4.故障处理,变送器的故障分两部分，一部分是过程系统的故障，另一部分是变送器本身的故障，这里指的是后一部分。（1）用HART275检查故障。（2）用内藏指示计检查故障。,8.2.2 ST3000智能差压变送器,ST3000智能差压变送器是由美国霍尼韦尔公司开发的，其外形如图8.15所示。是利用单片机与微位移式差压敏感元件相结合而产生的智能差压变送器，实现了多功能的检测和非电量到电量的变换。它是带微处理器的智能差压变送器，具有优良的性能和出色的稳定性。它能测量气体、液体和蒸汽的流量、压力和液位。对于被测量的差压输出420mA模拟量信号和数字量信号。它也能通过DE协议实现SFC(智能现场通信器)与霍尼韦尔公司DCS如TDC3000和数据库的双向通信，从而方便了自诊断、测量范围重新设置和自动调零。,1.ST3000智能差压变送器部分,（1）工作原理,该变送器由敏感部件和转换部件两部分组成，其原理框图8.16所示。,图8.16 ST3000智能差压变送器原理框图,被测压力(差压)作用到传感器上，其阻值即发生相应变化。阻值变化通过电桥转换成电信号，再经过模数转换送入微处理器。同时，环境温度和静压通过另外两个辅助传感器(温度传感器和静压传感器)转换为电信号，再经模数转换送入微处理器。经微处理器运算后送至数模转换作为变送器输出420mADC标准信号或相应数字信号。ST3000变送器和通常的扩散硅压力变送器相比有较大的不同。主要是敏感元件为复合芯片，并装有微处理器及引入了软件补偿。在制造变送器的过程中，将每一台变送器的压力、温度、静压特性存入变送器的EPROM中，工作时则通过微处理器对被测信号进行处理。,（2）敏感元件,敏感元件使用无弹性后效的单晶硅材料，采用硅平面微细加工工艺和离子注入技术，形成压敏电阻。这种复合形的硅压敏电阻芯片为正方形，厚为0.254mm，边长为3.433.75mm，压敏电阻放置在圆形膜的边缘。相邻电阻取向不同，因而受压后的阻值变化相反。电阻值的变化由电桥检测出，由于硅单晶的许多方向都对压力敏感，因而在不同的静压下相同的差压值不能保证输出相同的信号，为此需对静压进行修正。静压敏感电阻设置在紧靠玻璃支撑管的地方。由于硅片与玻璃的压缩系数不同，静压敏感电阻就可感受到静压信号。信号仍由电桥检出，温度敏感元件为普通的热敏电阻。,（3）转换部分,转换部分的作用是在微处理器的控制下采集传感器送来的复合信号并对其进行补偿、运算，再经模/数转换器转换成相应的4mA20mADC信号输出。采样的典型速率为：20S内，差压采集120次、静压12次、温度1次。微处理器根据差压、静压和温度这三个信号，查询记录此复合芯片特性的存储器，再经运算后得出一个高精确度的信号。在转换部件内还有一个存储器，它是变送器的数据库，存有变送器的量程、测量单位、编号、阻尼时间、输出方式等，凡可由S-SFC设定的数据都存放在此数据库内。,2.S-SFC通信器,S-SFC智能现场通信器，用于现场和试验室对智能仪表进行组态(线性化或开方、阻尼时间、压力单位、量程)、校正、自诊断、检查输入压力、输出信号、恒流输出设定和打印等。（1）工作原理 S-SFC智能现场通信器可以连接在变送器和电源之间连线的任意位置上，进行简单的双向通信。其通信步骤如下：S-SFC输出WAKE-UP脉冲。变送器接收WAKE-UP脉冲，即从模拟输出状态转换到通信状态 S-SFC发出指令，变送器接收指令。变送器输出相应的回答，S-SFC接收该回答。变送器输出相应的回答后，即自动恢复到模拟输出状态。,（2）主要功能,使用SFC通信器可在现场或试验室实现下述功能：组态：（可对下列项目进行选择、设定、显示和变更）a.量程：b.输出形式：（有线性，百分比，开方，正作用或反作用等。）c.阻尼时间：（可在032S之间确定。）d.测量单位：（有10种。）量程调整：（不需加标准信号就可变更量程）自诊断：（a：组态、检查；b：通信检查；c：变送器检查；d：生产过程检查）校验调整：可对零点及上限进行调整。显示：变送器内存储器数据及SFC内存储器数据的显示。可作4mA20mADC电流源。,（3）部件及键盘说明(S-SFC型),部件说明a.卷纸室：装有一卷热敏打印纸。b.打印机：作为任选件提供，每行打印24个字符，打印出智能现场仪表数据和通信数据，与SFC组成一体机。c.显示：两行显示智能现场仪表的信息和数据（每行16字符）。d.电源开关：打开电源开关时，SFC自动进行自诊断。e.通信电缆插座：用来插入通信电缆套，要求使用厂家提供的专用电缆。f.电池充电器插座：用来插入蓄电池充电器插头。,键盘说明：a.键操作基本原理：按数字键或功能键，在显示器上没有响应表示输入没有成功。b.色标类别：按各个键具有的功能，将键分成五种色标：绿色键 主要用于与智能现场仪表联络并显示智能现场仪表参数。橙色键 主要用于实现与智能现场仪表通讯以及选择读出菜单。橄榄色键 用于输入数字。棕黄色键 主要用于诊断和检验。白色键 主要用于键盘控制和辅助操作。c.多功能键操作方法：若要输入键右上角的字符，应先按ALPHA键，使显示器出现光标，然后按想要按的符号键。若要输入键中心的功能，数字或符号，确认好显示器上光标位置，直接按需要的键。若要输入键上方的功能：则先按SHIFT键，使显示器上出现SHIFT字样，再按所需功能键。,d.各个键的功能：DEREAD ID：开始与智能现场仪表通信，在显示窗上出现智能现场仪表的TAG(标号)，在此可读出、写或修改TAG号。DEREAD：开始数字通信。CONFB CONF：为校正智能现场仪表启动组态功能或重新设定智能现场仪表的参数。DAMPC DAMP：显示或修改阻尼时间。UNITD UNITS：显示或修改用于表达流率的工程单位。LRVE0 LRVE0%：显示智能现场仪表输出范围的下限值，在该智能现场仪表中，此值固定在0。下限值表示智能现场仪表输出为0时(或模拟输出为4mADC)时的流率。URVF URVl00：显示智能现场仪表输出范围的上限值。上限值表示智能现场仪表输出为100(或模拟输出为20mADC)时的流率。DECONF MENU ITEM MENU ITEM：显示并选择相同层次和相同功能中的不同项目。,DECONF：显示并选择作为数字信号输出的变量。SETG SET：在智能现场仪表的操作中不用此键。NEXTH NEXT：在组态功能期间向前卷显示内容。PREVL PREV：在组态功能期间向后卷显示内容。OUTPUTJ OUTPUT：显示从智能现场仪表传送到主控制系统的一个百分比值。INPUT：显示由智能现场仪表测量的瞬时流率作为实际值。CORRECTK CORRECT：使智能现场仪表调零，调零可以在用 INPUT键读一数值时进行。RESET：将智能现场仪表内部参数恢复到制造厂设定值。ENTER：将YES输入到荧光屏提示。显示器向上或向下移动一个级或者将SFC输入的数据写到智能现场仪表数据库中。NON-VOL：将SFC输入的数据写到智能现场仪表的非易失存储器（EEPROM）。,9PRINT 9：输入数字9。PRINT：打印出智能现场仪表的内部数据。这种打印操作称为配置打印。8FEED 8：输入数字8。FEED：使打印纸前进一行，并显示下列字样。PRINT FEED显示这个字样时，每按一次键打印纸就前进一行，按CLR键消除此功能。SWVER3：输入数字3。SWVER：显示智能现场仪表和SFC的软件译本。ACTPRO ACTPR：打印出智能现场仪表对每个键操作的响应。SCRPAD SCRPAD：将一备忘录写到智能现场仪表数据库中。TIME TIME：显示当时的年、月、日和时分。,A-DE：模拟和数字通信之间的转换。STAT：显示智能现场仪表自诊断的结果。F/S DIR：在智能现场仪表操作中不用此键。SPAN SPAN：显示当前示值范围。URL：无效。ALPHA ALPHA：先按此键，输入一个字母字符。显示框光标并允许输入键右上角的数字。SHIFT SHIFT：先按此键输入键上方标注的功能，显示SHIFT-并允许输入这些功能。CLR CLR：清除显示窗的内容并将SFC置于输入等待状态按此键，向荧光屏提示回答“NO”。,3.回路连接,图8.17 回路连接图,4.回路自诊断方法简介,ST3000具有自诊断功能，使用SFC就可通过自诊断功能检查变送器通信、回路和操作状态。具体诊断信息说明如表8.1所示。,表8.1 ST3000故障诊断信息说明表,5.特点,（1）精度高 工作在模拟方式其精度为0.1，工作在数字方式下精度为0.075。许多产品的精度高达0.05。（2）高重复性 由于完美的温度、压力补偿，致使全智能压力变送器有很高的重复性而不象传统变送器那样倍受昼夜温差变化（及冬夏温差变化）引起的过大误差影响，而这种影响远高于传统变送器的参考精度0.25，高达0.025，甚至更高。（3）高可靠性 ST3000全智能压力变送器的高可靠性是传统型变送器的八倍。其平均无故障时间可达100多年。这样的惊人数字是智能差压变送器集成了当代高新科技成果的证明。（4）宽迁移率 全智能压力变送器的迁移率可达+1900，-2000%，而普通压力变送器+500%，-600。,（5）宽域温度静压力补偿 在机器人生产线上，对每一台变送器的全工作温度(88个补偿点)，压力范围逐点进行测试，并将全部数据存于各自的EPROM中，以便大幅度改善全智能压力变送器的性能。（6）宽量程比 宽范围的量程比，使得变送器本身的实用性、适用性得以提高，给用户及设计者带来方便，减少备用备件的库存量。在测量流量变化大的场合，用一台全智能差压变送器可以代替两台传统变送器才能解决的流量测量问题。美国霍尼韦尔公司的全智能差压变送器STDl20、STDl2F其量程比高达400：1。（7）完善的自诊断功能