影響HART協議智能壓力變送器（差壓）通訊的幾個問題

【摘 要】：分析HART智能變送器通訊的幾個要素，以及在現場使用時智能變送器不通訊的幾個案例。

【HART協議智能壓力變送器對通訊的要求】
    HART協議智能壓力變送器通訊的條件是回路電阻≥250Ω，工作電壓在其通訊要求范圍內，例如3151壓力變送器的通訊要求是回路電阻是250Ω時通訊最低電壓為18 V D C，電源連接方向正確。若這樣仍通訊，有以下原因。
（1）通訊電纜沒有接好。檢查電纜插頭是否插緊，接線端子螺釘是否松動，確保接觸良好。
（2）電纜位置不正確。手持終端相連可以接在接線端子A B上也可接在負載電阻R兩端CD，但是不能接在A D兩點。在電源和手持終端之間需要一個≥250Ω電阻，它的作用是防止低阻抗的電源對通訊信號分流，但R的阻值也不能太大要保證變送器的最低工作電壓，這樣才保證手持終端從變送器讀取信息并將設定的組態參數送到變送器內存中。因為電源低阻抗內阻很小，可以看作是短路，接到AD端等于通訊電纜兩端接在一點，所以無法通訊，也就無法讀取信息和設定組態參數，如圖1所示。

若上面的兩個條件滿足后仍不通訊，可以換一臺變送器排除通訊器的故障，這樣就可以確認是否是壓力變送器本身的故障。

【2】會影響變送器通訊的幾個問題

（1）電源電壓過低青島廣源發項目中200多臺3151B智能變送器在試生產過程中，不通訊，輸出錯誤，表頭顯示閃爍，嚴重影響用戶的生產計劃。經過查找測量電源電壓僅為15V D C。因為電源不是獨立供電給安全柵，導致給變送器供電的安全柵電壓過低，致使變送器不能通訊且輸出不正常，更換電源后即可通訊，儀表輸出也正常。
（2）電纜太長西安某高校定購用于石油項目試驗的一臺1151智能遠傳壓力變送器，用戶反映變送器不通訊。測量端子電壓正常，但是供電電纜卻很長，有600 m，經過分析原因是由于電纜過長，電纜電容大于H A R T通訊設備的最大電容。H A RT通訊頻率較高1~2k H z左右，要求網絡T=RC（時間常數）不大于0.65μs。因此HART通訊設備及網絡的最大電容限制了通訊的最大距離。HART通訊最大頻率計算公式：

最大電纜長度m=(160000-Cmaster )/Ccable

式中：160 000根據HART通訊網絡允許的時間常數計算而得的常數，反映通訊網絡允許的最大電容，單位PF；
Cmaster為控制系統或HART濾波器電容，PF；Ccable為電纜分布電容，PF/ m。
電纜長度約有6 0 0 m，電纜C cable = 4 0 0 P F/m，Rcable：0.025Ω/m，為計算方便假設Cmaster=0。
    最大電纜長度Lm a x=160000/400=400＜600m。實際Cmaster≠0（Cmaste改為Cmaster）＝實際允許最大電纜長度＜400m。
網絡時間常數T = R C =（0 .0 2 5×6 0 0） ×（400×600）/1000000=3.6μs＞0.65μs
    電纜的原因，使得網絡時間常數太大，導致通訊波形嚴重失真，而無法通訊，改用2.5sq的交聯電纜（Ccable為90PF/m）(Cmaster改為Ccable) 即可解決。

（3）電磁干擾
    中山化工有限公司裝置物料的6臺計量儀表，其中5臺3051差壓變送器。1臺HART協議渦街流量計，投運時僅1臺差壓變送器能正常工作，其余均不通訊。在流量為0時的1臺差壓變送器指示為48%，一臺在0~25%周期變化，其余顯示故障，現場電源電壓正常，在試驗室測量輸出及通訊均正常。在現場甩開原供電電纜采用臨時供電指示通訊均正常。可以確認是因為線路干擾導致儀表不通訊和誤指示。經過確認干擾頻率為2 kHz，影響了H A RT通訊器1200Hz和2200Hz的通訊頻率。頻率的產生是因為電機/泵，為了適應50Hz的電源使用了變頻器，其頻率設置為2k Hz與H ART的通訊頻率十分相近，使它不能正確的響應通訊器，甚至按此信號錯誤地轉換為電流輸出或其他錯誤的操作方式。將儀表電纜與動力電纜槽架的距離加大即解決問題。

    電磁干擾，通常在排除電源電壓，回路電阻，連線正確，線路通暢之后，還有不通訊的問題發生需要考慮電磁干擾的問題，通常現場的問題是試驗室難以復現的，盡管壓力變送器通過了各種電磁兼容試驗在現場也可能出現各種各樣被干擾的問題。在測量過程中這些干擾若不能很好的處理將歪曲測量結果，嚴重時甚至使儀表或控制系統完全不能工作。為了避免電磁干擾的發生，信號線要采用扭絞、屏蔽、接地、濾波等方法，將儀表的信號線與動力電纜之間的距離加大，導線縮短，盡可能避免平行布線，對變壓器等干擾源件進行磁屏蔽等。

【3】 結束語
    智能變送器的通訊功能對于用戶來說是非常重要的。因為壓力變送器如果不通訊即使可以工作，智能表就將和模擬表的功能一樣，體現不出智能表的優勢，沒有遠程改組態參數的功能，遠程查看PV值等功能，這樣就會給用戶帶來極大的不便。

相關文章推薦：智能壓力變送器在長輸油氣管道上的應用故障判斷