hart智能儀表系統(tǒng)在采油平臺上的應(yīng)用

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1、HART智能儀表系統(tǒng)在采油平臺上的應(yīng)用46卷增刊2oo5年11月中國造船SHIPBUⅡDINGOFCHⅡ,iAVo1.46SpecialNOV.2oo5文章編號:1000.4882(2005)S357.05HART智能儀表系統(tǒng)在采油平臺上的應(yīng)用王強(qiáng)(海洋石油工程股份有限公司,天津300452)摘要HART協(xié)議是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道通信協(xié)議,其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信,用來連接變送器和調(diào)節(jié)閥定位器.它的典型應(yīng)用是遠(yuǎn)程組態(tài)儀表和診斷.本文以BZ25.1工程為背景,介紹HART協(xié)議儀表在海

2、上采油平臺上的應(yīng)用.關(guān)鍵詞:HART;數(shù)字通訊:模擬信號過程工業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備向數(shù)字化,網(wǎng)絡(luò)化的變遷是過程控制領(lǐng)域的必然趨勢.現(xiàn)場總線技術(shù)具有節(jié)約布線費用,操作靈活,可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理,可實現(xiàn)互操作等優(yōu)點,因此它已成為公認(rèn)的過程控制的發(fā)展方向.但是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在功能上還不能完全取代已經(jīng)發(fā)展得比較完善的DCS.在這種情況下,HART協(xié)議作為一種兼容原有4mA--,20mA模擬信號的數(shù)字通訊方式產(chǎn)生了.HART是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道開放通訊協(xié)議,它是HighwayAddressableRemoteTransdu

3、cer的縮寫.最早由Rosemount公司于1986年開發(fā)并得到多家著名儀表公司的支持,在1993年成立了HART通信基金會HCF(HARTCommunicationFoundation).這種被稱為可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議,其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信,屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中過渡性產(chǎn)品.HART協(xié)議目前已被認(rèn)為是事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),但是,它僅僅是一個過渡性協(xié)議,還不是現(xiàn)場總線1HART協(xié)議基本原理1.1HART協(xié)議網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)】HART協(xié)議參考ISO/OSI(5]:放系

4、統(tǒng)互連模型),采用了它的簡化三層模型結(jié)構(gòu),即第一層物理層,第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層(如圖1所示).應(yīng)用層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層一_二=>圖1HART通訊協(xié)議模型1.1.1物理層收稿日期:2005.O8.14圖2HART協(xié)議通訊信號中國造船學(xué)術(shù)論文物理層規(guī)定信號的傳輸方法,傳輸介質(zhì).HART協(xié)議在4mA～20mA的模擬信號上迭加了一個基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK(FrequencyShiftKey.ing)頻移鍵控音頻數(shù)字信號.是國際標(biāo)準(zhǔn)的半雙工電流信號和數(shù)字通信方式.1200H

5、z代表邏輯"0",2200Hz代表邏輯"1";信號的傳輸速率為1200位/s;信號的幅值為0.5mA(如圖2所示).由于FSK信號的平均值為0,所以不影響傳送給控制系統(tǒng)的模擬信號的直流分量大小.只要用低通濾波器濾去數(shù)字信號,模擬信號可以正常工作.保證了模擬信號與數(shù)字信號的兼容性.(如圖3所示).HART通訊介質(zhì)采用普通的雙絞線就可以,線路總阻抗應(yīng)在230Q~1100Q之間.:P】[uiAMB:序文STARTADDRCOMMBCNT【STATUS】[DATA】起始符地址命令數(shù)據(jù)長響應(yīng)碼數(shù)據(jù)廠]ICHKl卜_—

6、——I蕉墮塑I5—20字節(jié),全部為FF起始符:I字節(jié)地址:1-5字節(jié),表明源或目的地址命令:1字節(jié)數(shù)據(jù)長:響應(yīng)碼和數(shù)據(jù)的總長度,1字節(jié)響應(yīng)碼:2字節(jié),僅用于應(yīng)答時數(shù)據(jù):0—25字節(jié)校驗和以:1字節(jié)'封閆(ml2疊加在模擬信號上的HART信號圖4HART數(shù)據(jù)幀格式1.1.2數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了數(shù)據(jù)幀格式和數(shù)據(jù)通信規(guī)程.數(shù)據(jù)幀的格式如圖4所示,最長為25個字節(jié).HART協(xié)議是主,從控通信協(xié)議,系統(tǒng)允許有2個主設(shè)備,最多l(xiāng)5個從設(shè)備.其中,主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)為請求幀;而從設(shè)備向主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)為響應(yīng)幀

7、.響應(yīng)幀只比請求幀多了響應(yīng)碼,而響應(yīng)碼表示出錯狀態(tài).若為0,表示回答數(shù)據(jù)正確.否則回答出錯.每個字節(jié)由1l位組成,其中包括一個起始位,8個數(shù)據(jù)位,1個奇偶校驗位和1個停止位.1.1.3應(yīng)用層應(yīng)用層提供了256個HART通信協(xié)議命令.命令分為3類.第1類為通用命令,適用于所有符合HAR1協(xié)議的產(chǎn)品,如讀主變量的值和單位等.第2類為普通應(yīng)用命令,適用于大部分HART產(chǎn)品,但不同的產(chǎn)品會有區(qū)別,如寫主變量.第3類為特殊命,是各個廠家所特有的命令,不互相通用.1.2HART協(xié)議儀表系統(tǒng)的功每一個HART儀表的數(shù)字信

8、號中平均能提供35—40項信息.1.2.1便于儀表和控制回路的調(diào)試HART儀表都能提供儀表本身的信息.包括儀表的型號,測量范圍,制造廠名稱,材料,工位號等.因此,調(diào)試人員從屏幕上就能知道各個工位上安裝的儀表是否是正確的儀表,而不必到現(xiàn)場去一一確認(rèn).HART儀表還能提供儀表組態(tài)的量程范圍,量程上下限值.這些組態(tài)參數(shù)是否與DCS系統(tǒng)中相應(yīng)的組態(tài)參數(shù)匹配,這在調(diào)試中是很關(guān)鍵的.如果兩者不匹配,就會引起控制策略不能正常執(zhí)