Метод обмена данными по HART-протоколу

Настройка и управление датчиками Метран-100 с кодом МП2, МП3 осуществляется дистанционно при помощи управляющего устройства, поддерживающего HART-протокол.

Протокол HART – широко известный промышленный стандарт передачи информации, применяемый для усовершенствования токовой петли 4-20 мА до возможности цифровой коммуникации. Он позволяет передавать одновременно аналоговый и цифровой сигнал по одной паре проводов при сохранении полной совместимости и надежности существующей аналоговой линии 4-20 мА. Для обмена данными используется принцип частотной модуляции на скорости 1200 Бод. Схема, поясняющая принцип работы приборов по HART-протоколу представлена на рис. 9. Для передачи логической “1” HART использует один полный период частоты 1200 Гц, а для передачи логического “0” – два неполных периода 2200 Гц.

Рис. 9. Принцип обмена данными по HART-протоколу

Как видно на рис. 9, HART составляющая накладывается на токовую петлю 4-20 мА. Так как среднее значение синусоиды за период равно нулю, то HART сигнал не влияет на аналоговый сигнал 4-20 мА.

HART-протокол построен по принципу “главный - подчиненный”. Это означает, что полевое устройство-датчик отвечает по запросу системы. В качестве управляющих устройств могут быть использованы персональный компьютер или HART-коммуникатор.

Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом представлен на рис. 10.

Рис. 10 Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом

Обычно токовый сигнал 4-20 мА используется в аналоговой части АСУ ТП. Обмен данными по HART-протоколу осуществляется цифровой информацией посредствам HART- коммуникатора или компьютера.

При этом оператор может удаленно до 3000м осуществлять полную настройку и конфигурирование датчика.

В многоточечном режиме (рис.11) датчик передает и получает информацию только в цифровом виде. Аналоговый вход датчиков автоматически фиксируется на минимальном значении и не содержит информации об измеряемой величине.

Рис. 11. Многоточечный режим работы датчиков

К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков. Соответственно количеству каждый датчик имеет свой адрес (от 1 до 15), по которому приходит обращение. HART-коммуникатор или система управления от ПК определяет все подключенные датчики и может работать с любым их них.

При создании крупных информационных систем используют множество интеллектуальных полевых приборов, работающих в режиме 4-20 мА плюс HART.

В этом случае удаленная настройка датчиков при помощи HART-коммуникатора или HART-модема требует последовательного подключения к каждой линии 4-20 мА, идущей от соответствующих приборов, коммуникационного устройства – HART-мультиплексора. Пример подобной структуры показан на рис. 12.

Рис. 12. Управление полевыми приборами через мультиплексор

Связь мультиплексора с системой управления в этом случае осуществляется по интерфейсу RS-232 или RS-485. Приборы передают измерительную информацию в систему по токовому выходу 4-20 мА, а их конфигурация может быть изменена с одного цифрового выхода управляющей системы. При этом можно объединить в сеть около 500 приборов на одну управляющую систему (например, соединенных по RS-485 30 мультиплексоров по 16 каналов на каждый). Такое структурное построение позволяет значительно сократить затраты на кабельную продукцию.

Для рациональной работы с выделенного персонального компьютера предусмотрена программа “MUX-master”, разработанная в ПГ “Метран”, с помощью которой оператор может удаленно менять параметры настройки датчиков, не используя контроллеры существующей АСУ ТП. Кроме этого, для интеграции со СКАDА-системами разработан ОРС-сервер, позволяющий мультиплексору взаимодействовать с любой системой управления, например, Windows.

Таким образом, преимущества протокола HART заключаются в следующем:

1) HART-протокол позволяет передавать одновременно аналоговый и цифровой сигнал по одной паре проводов;

2) оператор может дистанционно осуществлять настройку и диагностику полевых приборов путем использования коммуникатора или компьютера с соответствующим программным обеспечением; Особенно это удобно в зимний период времени, при расположении датчиков в трудно доступных местах, на больших расстояниях друг от друга, а также в условиях вредных или опасных производств.

3) непрерывная самодиагностика датчиков по HART-протоколу позволяет поддерживать высокую надежность оборудования;

4) возможность создания крупных информационных систем, интегрированных с другими системами управления;

5) использование приборов, поддерживающих HART-протокол, во взрывоопасных зонах;

6) доступ к настроечным параметрам прибора, информации о сроках калибровки.

Содержание отчета

1. Краткое устройство пружинного манометра.

2. Устройство малогабаритного датчика давления Метран-55 ДИ: схема датчика и назначение элементов; структурная схема электронного преобразователя датчика и принцип преобразования сигнала давления в токовый аналоговый сигнал; порядок настройки на нижний и верхний пределы измеряемого давления.

3. Устройство датчика Метран-100-ДД: конструкция датчика, функциональная схема электронного преобразователя и назначение её элементов.

4. Промышленный стандарт передачи информации – протокол HART: принцип реализации связи – токовый сигнал плюс цифровой; одноточечный и многоточечный режим работы датчиков, поддерживающих HART-протокол; назначение HART-мультиплексора; преимущества протокола HART.

5. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Каково перемещение рабочего конца измеряемой пружины манометра?

2. Каким образом производится регулирование пружинного манометра?

3. Дайте определение измерительного преобразователя.

4. В каких системах можно применять датчик давления – Метран-55-ДИ?

5. В чем состоит преимущество датчика Метран-100-ДИ в сравнении с датчиком Метран-55-ДИ?

6. Как физически реализуется HART протокол?

7. Для чего применяют HART-мультиплексор и HART-коммуникатор?

Тема 2 “Поверка прибора для измерения давления”

Цель работы: 1) Ознакомиться с конструкцией стенда для поверки преобразователей давления, метрологическим оборудованием, применяемым в условиях поверки (калибровки); 2) изучить основные положения поверки и калибровки; 3) выполнить калибровку измерительного преобразователя давления (по указанию преподавателя) и дать заключение о пригодности его к работе.

2.1. Стенд для поверки манометров и датчиков давления

Стенд типа СПД-У-К1H1 предназначен для поверки датчиков давления по ГОСТ22520 типа “Метран”, “Сапфир” и др., а также технических манометров класса точности 0,6 и грубее, электроконтактных манометров типа ЭКМ и сигнализирующих манометров типа ДМ2005 С_г класса точности 1,5.

Стенд укомплектован персональным компьютером и принтером для автоматизированной обработки данных поверки и распечатки протокола с использованием аппаратно-программного интерфейса RS-232 калибратора давления “Метран-515”.

Устройство стенда показано на рис. 13.

Стенд состоит из рабочего стола 1, надстройки с панелями 7 и лампой подсветки 13, тумбы с ящиками 3 и кресла 6. На столешнице стенда размещены поверяемые манометры, датчики давления Метран-55 и Метран-100 ДД и оборудование, необходимое для проведения поверки, (калибратор 4 давления портативный Метран-515 с модулем давления, ручной источник создания давления – насос модели H-2,5 М, коллектор 5 для установки манометров). Стенд опирается на регулируемые опоры 8, с помощью которых рабочая поверхность стола выставляется в горизонтальной плоскости. На нижней перекладине стола 9 и на лицевой панели кабельного канала 11 расположены клеммы для заземляющего провода и розетки 12 для питания электрических приборов переменным током 220 В.

Рис. 13. Стенд для поверки датчиков давления СПД-У-К1Н1

На лицевую панель стенда 7 в соответствии с рис. 14 выведены следующие элементы:

Рис. 14. Панели стенда электрические

1 – выключатель автоматический “сеть”; 2 – выключатель питания датчиков “питание”; 3 – держатель предохранителя с плавкой вставкой; индикаторы срабатывания установок 4 и разъемы 6 для подключения электроконтактных манометров; клеммы заземления 5, 9; разъемы для подключения поверяемых датчиков 7, 8; гнезда для подключения портативного калибратора 13; гнезда для подключения меры сопротивления 10; гнезда для подключения вольтметра 11; гнезда для подключения HART-коммуникатора 12; HART-модем 17; тумблер 14 для перевода поверяемых датчиков из режима поверки в режим прогрева.

С тыльной стороны стенда расположены разъем для подключения сетевого кабеля и разъем для подключения электрического питания розеток.

Исходное состояние стенда перед работой должно быть следующее:

1) стенд обесточен (выключатель “сеть” в положении “выкл.”);

2) выключатель “питание” в положение “выкл.” (лампа сигнализации не горит);

3) контрольно-измерительные приборы отключены от сетевого питания и соответствуют исходному положению, предусмотренному инструкцией по эксплуатации.

Подготовка стенда к работе от исходного состояния начинается с подключения коллектора или стойки, на которых установлены поверяемые приборы, к источнику создания давления с помощью пневмошланга и герметезирующих прокладок. Следует учесть, что с использованием коллектора и ручных источников давления поверка манометров возможна до максимального давления равного 1 МПа (10 кгс/см²).

Если предполагается выполнить поверку датчиков давления, необходимо перед основной операцией провести прогрев поверяемого датчика. Прогрев выполняется в следующей последовательности:

а) убедиться, что стенд находится в исходном состоянии;

б) подключить с помощью прилагаемого кабеля датчик давления к одному из разъемов панели (гнезда 7 или 8, рис. 14);

в) выключить питание стенда автоматическим выключателем “сеть”, 1 (рис. 14);

г) включить питание датчика выключателем “питание”, 2 (рис. 14);

д) перевести тумблер 14 в режим прогрева датчика (в положении “1” первый датчик будет находиться в режиме поверки и светодиод его состояния будет светиться зеленым цветом, а второй датчик будет находиться в режиме прогрева, а его светодиод светиться красным цветом; если перевести тумблер 14 в положение “2”, то первый датчик будет находиться в режиме прогрева, а второй – в режиме поверки).

На стенде в лицевую панель введен HART-модем Метран-681-Ex взрывобезопасного исполнения. Он предназначен для согласования (связи) персонального компьютера с интеллектуальным датчиком давления Метран-100, интеллектуальными преобразователями температуры Метран-280 и другими устройствами, поддерживающими HART протокол. Модем же не вносит дополнительной погрешности в аналоговый измерительный сигнал; он обнаруживает HART сигнал при размахе амплитуды более 120 мВ, не реагирует на HART сигнал при размахе амплитуды менее 80 мВ.

Поиск по сайту: