HART协议智能变送器操作手册.docx
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HART协议智能变送器操作手册
目录
§1.HART协议智能变送器技术简介
§2.兴业达HART协议智能变送器简介
§3.基于PC的HART协议智能变送器管理系统
§4.电路连接
§5.用个人电脑管理HART协议智能变送器
§6.用HART协议手操器管理HART协议智能变送器
§7.现场调零与报警输出
附录一、兴业达智能变送器HART协议命令一览表
附录二：
兴业达HART协议智能变送器性能参数
本公司产品适用于下列产品的智能化设计：
金属浮子流量计（配M7/M9指示器）
1151电容式压力变送器
温度变送器（Pt100,Cu50,各型号热电偶）
称重式浮筒液位变送器
91系列投入式压力变送器/深度液位计
2390电动浮筒液位变送器
电动内浮球液位变送器
§1.HART协议智能变送器技术简介
§1.1工业自动化行业的大趋势---现场总线
现场总线就是数字通讯一直延伸到现场仪表，使变送器、调节阀、记录仪、显示器、PLC及其它自动化设备等可通过一条总线进行双向多信息数字通讯，从而取代目前使用的4~20mA单变量单向模拟传输方式。
现场总线技术是在市场对现场仪表智能化以及全数字控制系统的需求驱动下产生的。
从技术的角度看，则是计算机技术、网络技术和控制技术发展的必然产物。
现场总线的关键标志是它能支持双向、多变量、总线式的全数字通信。
现场总线技术的出现，必将冲击现有过程控制系统的技术知识、设计方法、安装调试方法、人员培训以及产品市场的格局。
为了在这次变革中不至于被抛在后面，不同国家、不同厂商纷纷组成集团，发表各自的现场总线标准，以图率先占领市场。
比较主要的现场总线标准有Profitbus、CAN、Lonworks、SP50、ISPFIP和HART等，但由于受各自利益驱动和市场竞争，现场总线国际标准的制定进展缓慢。
§1.2HART协议的发展
虽然现场总线发展迅速，但由于4~20mA信号制的模拟设备还在大量使用中，因此从4~20mADC信号转变为现场总线全数字通讯并非一蹴而就，预计这一转变需要几十年时间。
1986年，Rosemount公司提出了一项过渡性标准HART通讯协议（HighwayAddressibleRemoteTransducer）。
它是在4~20mA模拟信号上叠加FSK（FrequencyShiftKeying，频移键控）数字信号，既可进行4~20mA模拟信号的传输，又可进行数字通讯，同时，数字通讯信号不影响模拟信号的传输。
显然，这是一项4~20mA模拟信号与数字通讯兼容的标准，是现场总线的过渡性协议。
作为一个开放性协议，经过十多年的发展，HART协议已成为智能仪表事实上的工业标准（defacto）。
为了更好地推动和支持HART协议在全球的应用，1993年6月成立了HCF（HARTCommunicationFoundation，HART基金会），HCF是一个独立于任何厂商的非赢利性组织。
世界上有70多家公司采纳了这一协议，如Fisher-Rosemount、Foxbro、Smar、ABB、Moore、Allen-Bradeley等，Honeywell曾经一直是HART协议的竞争对手，最近也不得不宣布它也加入HCF[9]，生产符合HART协议的产品。
目前，世界上已累计生产了140万台HART协议产品，1996年HART协议产品产量为60万台，Fisher-Rosemount公司96年的25万台变送器中HART协议产品约占76%。
专家们预计，HART在国际上的使用寿命为15~20年，在国内由于客观条件所限，这个时间会更长一些。
HART协议的特点是具有与现场总线类似的体系结构，具有总线式的数字通讯，但HART并不是真正的现场总线，它只是现场总线的雏形。
由于HART协议在具备数字通讯同时又兼容现存的4-20mA模拟设备，因此，HART是从模拟控制系统向现场总线过渡的一块踏脚石。
§2.WanLink系列HART协议智能变送器简介
我公司开发的符合HART协议的智能变送器通用电子模块可以非常方便地与各种类型的低功耗传感器配合构成符合HART协议的的温度、压力、流量、液位等类别的智能变送器。
为了快速地把新技术推向市场，促进HART技术在我国自动化仪表行业的应用，我们和一些仪表整机生产厂家合作推出了WanLink系列HART协议智能变送器，我们公司向有协作关系的仪表厂以OEM方式提供仪表的核心电子模块---HART协议智能卡。
本说明书所描述的操作方法除了适用于本公司的WanLink系列HART协议智能变送器外，也同时适用于采用本公司所提供的HART协议智能卡的协作厂的产品。
下面就对兴业达公司的HART协议智能变送器做一个简单的介绍：
§2.1XYD-H1151电容式差压变送器
我公司生产的符合HART协议的1151电容式差压变送器均采用自行开发的智能模块，与采用Rosemount公司智能模块的1151智能变送器完全兼容，能用Rosemount公司275型手持编程器对其进行任何操作，包括特征化，零点、量程的调整，工程单位、阻尼时间等参数的修改，对用户的要求也无任何改变。
而且在10:
1的量程迁移范围内，能保证0.1%的精度。
通过HART协议实现的功能：
1、组态
组态就是为变送器设定一些它将如何工作的参数。
仪表参数被保存在EEPROM中，即使在断电时，也可以保证数据的完整。
在组态阶段，可以改变变送器的一系列参数如测量范围、日期、标牌编号和阻尼时间等等。
⑴选择输出单位
1151智能变送器可从以下14种单位中选择一个作为当前的单位：
英寸水柱（inH2O）、英寸汞柱（inHg）、英尺水柱（ftH2O）、毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg）、磅/平方英寸（PSI）、巴（bar）、毫巴（mbar）、克/平方厘米（g/cm2）、公斤/平方厘米（kg/cm2）、Pa、Kpa、Torr、Atm。
该项功能由HART普通命令#44完成。
⑵重置变送器的测量范围
重置变送器的测量范围是变送器常用的功能。
1151智能变送器可用三种方法重置量程：
用手持通信器的键盘直接设置4mA和20mA的压力值，然后通过HART通讯把数据送入智能变送器；用手持通信器结合输入4mA和20mA标准压力设置测量范围；或用智能变送模块内的本机量程和零位按钮重置测量范围。
由于可以通过手持通信器调量程，因此大大方便了工程人员的操作。
该项功能由HART普通命令#35、普通命令#36和普通命令#37完成。
⑶改变输出类型
改变输出类型是改变4-20mA输出相对于输入压力的数字关系式。
可以通过手持通信器选择不同的输出类型：
线性输出（linearoutput）或平方根输出（Sq.rootoutput）。
该项功能由HART命令#35、命令#36和命令#37完成。
该项功能由HART普通命令#47完成。
⑷选择阻尼
在输入剧烈变化情况下1151智能变送器有数字阻尼以增加响应时间，平滑输出。
阻尼可由手持通信器设定，阻尼值范围为：
0.1~16秒，增量为0.001秒。
该项功能由HART普通命令#34完成。
⑸修改与输出无关的变送器资料
1151智能变送器包括的某些组态参数并不直接影响其输出，如标牌编号、日期、最终装配号等，但这些内容可以被修改设定，作为信息存放在EEPROM中，以便于智能变送器的维护。
该项功能由HART通用命令#17、通用命令#18和通用命令#19等完成。
2、特征化
特征化就是对1151samrt型的传感器的一次完成性校验。
特征化分正、负两区。
正区特征化时，给传感器施加0%，60%和100%的正向压力，经智能变送模块的转换，其相应的数字值则储存在智能变送模块内的EEPROM中。
同理作负区的特征化，不同的是给传感器施加0%，60%和100%的负向压力。
微处理器就利用这些由EEPROM记存的数值来进行非线性补偿。
然后，D/A转换器将校正过的数字信号转换成4~20mA的输出。
对变送器实施特征化必须送入的五项标准设定值为：
变送器的类型，测量范围，工程量单位，正、负区各自三点压力值和变送器的顺序号。
特征化功能由HART特殊命令#132、特殊命令#133完成，这是由ROSEMOUNT公司自己定义的HART命令。
3、数字微调
智能式变送器都必须经过特征化过程，特征化完成后，即相当于在EEPROM中保存了一条特征化曲线。
工作时，变送器就是根据这条特征化曲线进行非线性补偿。
在变送器的实际应用中，有时会因为输入压力的标准不同或安装的位置不同而导致非线性补偿精度下降。
这时，当然可以采取重新特征化的方法，但是更为简便的方法就是采用数字微调功能。
通过数字微调功能可以微调特征化曲线。
数字微调分两步，第一步是"传感器微调"Sensortrim，内容是使手持通信器的过程变量数字读数同一精密的输入压力相一致，该功能由HART特殊命令#129完成。
第二步是"4-20mA微调"4-20mAtrim，内容是调整D/A输出的线性，该功能由HART普通命令#45，普通命令#46完成。
变送器的精度取决于数字微调是所用的设备。
为避免调整过头，1151智能变送器只接受同它原始特征化值相差小于5%的微调值。
4、恒流输出
通过手持通信器的命令设置，1151smart变送器还可以作恒流源输出4~20mA中的任何一个电流值。
该项功能由HART普通命令#40完成。
5、信息和数据采集
通过手持通讯器或HART上位机可以对WanLink系列智能变送器的工作状态进行监控，必要时可以进行在线故障诊断。
§2.2HTY系列金属浮子流量计电远传模块
我们与温州海米特集团公司合作，成功开发了符合HART协议的金属浮子流量计用智能变送模块，较国内目前仍在普遍使用的变电容式的模拟变送技术大大前进了一步，主要性能参数均达到国外同类产品的水平。
仪表工作时，流量的变化带动锥形金属浮子在垂直的测量管中上下移动实现变面积测量，金属浮子内的磁钢带动现场指示器内的叉形磁钢旋转，HART协议智能模块通过测量磁场的变化实现非接触式的角度测量。
由于采用霍耳元件进行非接触测量，避免了变电容式角度变送器无法回避摩擦阻力附加误差，智能化设计使的线性化和温度补偿均可以通过软件实现，大大提高了仪表的整体性能。
实际应用中，智能变送器的优点得到了很好地体现，它使变送器的调校变得方便简单，大大减轻了调试工人的工作量，特别是当介质密度变化时，零点、量程的调试变得十分方便。
通过HART协议实现的功能：
参§2.1。
§2.3HART协议称重（电阻应变）式浮筒液位变送器
符合HART协议的电阻应变式液位变送器的的传感器采用电阻应变电桥式的称重传感器。
传感器输出的毫伏级信号随浮筒对传感器施加的有效载荷变化。
采用HART协议智能模块实现信号的采集、线性化修正和温度补偿，可以大大提高仪表的整体精度。
采用霍耳开关模拟按键实现现场调零，符合防爆要求。
通过HART协议实现的功能：
参§2.1。
§2.4HART协议智能温度变送器
符合HART协议的温度变送器的接线端子同常用的模拟温度变送器一致，可以连接各类热电阻和热电偶，热电阻采用三线制连接。
当用热电偶测温时，可在热电阻端子上接一热敏电阻，作温度补偿用。
当热电偶和热电阻互换时，只需要通过基于HART协议的上位机对变送器进行重新组态和特征化，即能正确测量。
通过HART协议实现的功能：
参§2.1。
§2.5XYD-2390smartHART协议智能电动浮筒液位变送器
我公司与温州海米特集团公司合作，为该单位开发了扭离杆式电动浮筒液位计的更新换代产品WL2390smartHART协议智能电动浮筒液位变送器。
WL-2390smart的国产化成功不仅可以通过替代进口节约大量外汇，而且在整体性能也比进口的Fisher2390浮筒液位计更胜一筹。
采用霍耳开关模拟按键实现现场调零，符合防爆要求。
通过HART协议实现的功能：
参§2.1。
§3.基于PC的HART协议智能变送器管理系统
§3.1HART监控管理设备系统结构
系统硬件由RS232/HART转换器和一台PC机组成，转换器的RS232接口端和PC机串行口相连，HART接口端则并联在HART通讯环路上。
软件则基于中文WINDOWS98/WINDOWS2000操作系统，具有图形化全中文用户界面，能和HART智能变送器通讯，完成监测、量程迁移、改变单位、输出电流微调、标定等各种操作。
HART监控管理设备设计特点
⑴基于HART协议的软、硬件设计
该转换器的硬件设计符合RS232接口和HART协议的物理层的标准。
软件设计严格遵循HART协议的链路层、命令层标准，可以在多主机、多从机、存在突发模式从机等最复杂的HART数字通信环境下正常工作。
⑵结构简单，无需外加电源
该转换器由于直接使用标准RS232接口都具有的DTR引脚输出的微弱能量作为电源，省去了外部电源，因此使用方便，可以插在便携式PC机或手持式PC机的标准RS232接口上，像手持操作器一样拿到工业现场使用。
⑶强大的功能和软件易用性、全中文界面
我们选用目前最通用的便携式PC机作为转换器的载主，操作系统选用WINDOWS98或WINDOWS2000，监控管理软件具有全中文界面，方便好用、功能强大。
而且可以根据用户要求不断改进软件，加入新功能。
⑷极为低廉的成本
和HART手持操作器相比，用户使用方便，功能远远强大，同时转换器的成本不到800元，而一台国外手持操作器的售价在10000元左右。
⑸可以在任何环路电压下工作
由于转换器使用了变压器和电容将交流电强行耦合到环路上，因此接入环路的两根接线LOOP＋和LOOP－没有正负极性之分，也和环路工作电压无关，所以使用非常安全方便。
§4.电路连接
§5.用个人电脑管理HART协议智能变送器
§5.1概述
§5.1.1软件特点
HARTSIM软件基于Windows98/WINDOWS2000开发，用户界面友好，所有的命令都化为形象直观的功能图标；只须用鼠标即可轻而易举地完成操作，操作更方便简洁。
通过HARTSIM软件能够实现PC机通过串行口与现场仪表的通讯，向符合HART协议的多台现场仪表发送命令和接收来自多台变送器的信息。
●软件运行环境：
中文Windows95或Windows2000
●采用多任务、多线程，32位代码
●图形分辨率800×600，256色
§5.1.2硬件配置要求
●奔腾/100以上PC机
●16M以上内存，540M以上硬盘
●支持800×600256色以上的显示卡和显示器
§5.1.3操作系统：
Windows98/NT4.0中文版
§5.2屏幕介绍
HARTSIM软件屏幕分为：
标题栏、操作工具栏、综合信息栏和主画面区几部分，见图1.5-1。
图1.5-1
1．标题栏
标题栏为“温州万联电子科技–HARTSIM’99”
2.操作工具栏
共有10个形象直观的操作工具按钮，见图1.5-2。
只要用鼠标轻轻一点，即可完成其操作。
其功能见表1.5-1工具栏图标功能一览
图1.5-2
表1.5-1工具栏图标功能一览表
图标
功能
运行HARTSIM99
刷新下位机网络
选择串行口
显示变送器属性
设置阻尼时间
设置输出类型
修改量程
修改变送器轮询地址
进行特征化
变送器消息
DA校准
变送器零点校准
显示软件信息
当图标所表示的某项功能不能操作时，该图标将变灰。
3．综合信息栏
当鼠标指针放到工具条按钮上时综合信息栏显示该按钮的功能。
4．主画面区
主画面区显示下位机网络状况和仪表的基本变量、电流、百分量和量程。
§5.3软件操作
1．运行HARTSIM软件。
先出现启动封面，然后主画面就出现了。
此时因为还没有和变送器连接，所以有关变送器组态的按钮都是灰色的，即不可用状态。
2.确认变送器已经通过HARTSIM转接器连接到PC机串口，先按按钮选择串行口，默认为COM1。
3．按
钮开始运行，查找0#地址的下位机。
然后弹出对话框显示是否查询到，如果没有,请按
钮进行1#--15#地址的轮询。
仍然查询不到的话，请检查变送器、转接器的连线是否正确。
4．查询到下位机后，程序即自动、实时地显示下位机的基本变量、电流、百分量和量程。
5．这时变送器组态的按钮已经由灰色变为可用。
按下相应的按钮，都会弹出相应的对话框，参照对话框中的说明，就可以对变送器进行在线的组态了。
6．在线组态按钮：
显示变送器属性，对话框如下图所示
设置阻尼时间，对话框如下图所示
设置输出类型，对话框如下图所示
修改变送器的轮询地址
变送器的轮询地址为主控单元与变送器通讯时赋予变送器的代码或序号。
变送器轮询地址出厂设置为0，适用于变送器与主孔单元一对一的连接，若多台变送器连接成网络由同一个主控单元管理，则要求变送器的地址范围为1-15，且同组变送器的地址互不相同。
修改量程
该功能用于设置或修改与4mA和20mA输出对应的被测物理量的标准值。
显示软件信息，对话框如下图所示
DA输出校准
7．变送器的线性化
如果传感器的输出特性具有严重的非线性特征，就需要变送器对采集到的传感器输出信号进行线性修正。
修正的方法是实际测量对应量程0%,10%,…110%的十二个测量点的传感器输出，对中间测量值采用二次插值实现变送器输出的线性化。
用鼠标指向按钮单击左键进入变送器线性化状态：
注意变送器类型菜单上并没有列出兴业达公司所有HART产品，一般采用电桥式、压阻式、应变式传感器的产品均可选择WL2390浮筒变送器进行标定。
选择所要标定的变送器型号后进入下面的画面进行十二个测量点的标定。
实际操作时请务必调整传感器的输出与当前标定点对应并停留10秒以上待传感器输出稳定后再单击“下一步”按钮进行下一个测量点的标定，否则会影响仪表的输出准确性。
§6.用HART协议手操器操控HART变送器
我公司生产的HART协议智能变送器及OEM型HART电子模块完全与符合HCF（HART协议基金会）的HART协议V5.3标准，可以通过各种符合HART协议规范的手持操作器通讯，完成参数设置和校验等工作。
下面仅以Rousemount公司的275型手操器为例介绍调试方法，若用户需要使用其他型号的手操器可以按此类推。
§6.1温度补偿
我公司生产的HART协议智能变送器和OEM型HART智能模块均带有板上温度补偿功能。
温度补偿的温度范围为-20℃到60℃，温度补偿采用多点温度线性插值方案，可以把传感器的温度特性该善一个数量级。
温度补偿数据已经由生产厂家在产品出厂前固化到仪表的EEPROM中，一般不需要用户改动。
如果因为更换了现场传感器而需要重新做温度补偿，请与仪表生产厂家联系。
§6.2线性补偿
兴业达公司HART协议智能变送器采用分段线性化的方法对仪表传感器的输出非线性进行补偿。
线性化标定时，把仪表的整个测量范围分为11个区间，各区间端点所对应的传感器输出被记录下来存储到仪表的EEPROM中。
在实际工作状态，仪表的实际输出根据传感的输出信号经线性插值得到。
标定步骤：
①设置单位
仪表单位设置为“mmHg”，仪表进入线性化模式。
②调整传感器的工作点
使仪表传感器工作在某一测试点（零点，10%，20%，……,100%，110%）并等到输出稳定下来。
③设置下量程
用设置下量程命令送入本测量点的序号：
0到11
④设置上量程
用设置上量程命令送入本测量点的输出百分比，此
值为0到10000分别对应0%到100%。
⑤重复以上过程完成11点的标定
⑥线性化标定结束后，把单位设置为mmH2O仪表正常工作。
□单位设置
操作工具：
Rousemount公司275型HART协议手持通讯器。
步
路径
屏幕提示
操作
执行内容
确认键
1
接通变送器
主菜单
光标键
1DeviceSetup
→
2
进入菜单
“DeviceSetup”菜单
光标键
3BasicSetup
→
3
进入菜单
“Unit”菜单
光标键
选择单位
→
4
进入菜单
“RangeValuse”菜单
光标键
2ApplyValues
F4/Enter
5
进入提示
“Variableswhichusethisasunitcodewillbeinthepreviousuntilthisvaluesissenttothedevice.“
光标键
OK
F4
6
进入菜单
光标键
SEND
F2
7
进入提示
“-WARNING-Pressing‘OK’willchangedeviceoutput.Putloopinmanual.”
光标键
OK
F4
8
进入提示
“-WARNING-Returncontrollooptoautomaticcontrol”
光标键
OK
F4
9
进入菜单
光标键
SEND
F2
10
按HOME或F3返回主菜单
□模拟输出微调
操作工具：
Rousemount公司275型HART协议手持通讯器。
步
路径
屏幕提示
操作
执行内容
确认
1
接通变送器
主菜单
光标键
1DeviceSetup
→
2
进入菜单
“DeviceSetup”菜单
光标键
2Diag/Service
→
3
进入菜单
“Diag/Service”菜单
光标键
3Calibration
→
4
进入菜单
“Calibration”菜单
光标键
2TrimAnalogOutput
→
5
进入菜单
“TrimAnalogOuput”菜单
光标键
1D/Atrim
→
6
进入提示
“WARNING-Loopshouldberemovedfromautomaticcontrol”
光标键
OK
F4/
Enter
7
进入提示
“ConnectMeter”
光标键
OK
F4
8
进入提示
“Settingflddevoutputto4mA”
光标键
OK
F4
9
进入提示
“EnterMeterValue”
数字键
输入电流值
F4
10
进入提示
“flddevoutput4mAequaltoreferencemeter?
”
光标键
观察电流表读数是否一致。
是选“1YES”
否选“2NO”
F4
或OK
11
进入提示
“Settingflddevoutputto20mA”
光标键
OK
F4
12
进入提示
“EnterMeterValue”
数字键
输入电流值
F4
13
进入提示
“flddevoutput20mAequaltoreferencemeter?
”
光标键
观察电流表读数是否一致。
是选“1YES”
否选“2NO”
F4或OK
14
进入提示
“Note-Loopmaybereturnedtoautomaticcontrol”
光标键
OK
F4
15
按HOME或F3返回主菜
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