1.概述

压力变送器的工作原理是通过某些转换元件（一般为压力传感器）按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出电信号，传统的输出信号是4-20mA，为了更好的对仪表进行组态和配置，在4-20mA的基础上增加了数字信号，HART协议应用由此诞生。本文将概述针对HART协议的压力/差压变送器的通用技术特点，重点区别与传统的4-20mA纯模拟信号。

2.引用

本文章引用下列文件：

《JJG882压力变送器》

《GB/T29817—2013基于HART协议的压力/差压变送器通用技术条件》

3.术语

lHART通讯器

手持式组态、调试设备(手操器),基于HART通信协议和EDD技术对HART智能设备的组态或通信。

lBell202

一种在不同信道采用不同频率的全双工通信标准,在1200的波特率上采用1200Hz和2200Hz分别表示1和0。HART采用Bell202通信机制,但只用作半双工系统,其中一个信道的频率没有使用。

l阵发模式Burst

HART通信协议中的一种通信模式。通过主设备配置,使总线上的单个从设备自动、连续的发送标准的HART响应消息(例如:PV值),直到主设备发送命令终止该模式。

l电子设备描述EDD

含设备参数、它们的相关性、它们的图形表示、和被传送数据集的描述的一种数据集合。注:电子设备描述是用电子设备描述语言(EDDL)来创建的。

lHART通信协议

一种兼容传统的4mA~20mA模拟信号制的现场总线协议,简称HART协议。在标准IEC61158中被定义为类型20(Type20),在标准IEC61784-1中被定义为通信行规族9(CPF9)。

l互可操作性

两个或两个以上设备,不论其制造商,在一个或多个分布式应用中一起工作的能力。

l主设备

主从系统中能发起所有交互和命令的设备(如 , 中央控制器)。

l从设备

主从系统中接收来自主设备的命令的设备(如 ,变送器 、阀门等)。

l轮询

轮流询问网络上的设备来决定是否某设备已经准备好发送数据的方法。

l过程变量PV

用来测量或控制的过程参数。(如液位、流量、温度、质量、密度等)。

l设备状态与诊断

HART通信协议定义的基本状态信息,其通常包含在现场设备的响应消息中。主站系统通过检测响应消息中的状态信息来识别现场仪表的错误与警告情况。用户能够通过状态信息提供的量程是否超限、硬件运行状态等信息对设备进行诊断。

4.HART输出信号

4.1.输出信号

4.1.1.基本输出信号

基于HART协议的压力/差压变送器通常具备4mA~20mA模拟信号和数字信号两种输出信号。有线HART数字信号采用FSK技术加载在传统模拟信号上,以数字通信的方式向控制系统提供现场设备管理信息,也可以提供远程组态配置和管理的功能。下表给出了HART压力/差压变送器基本输出信号。

HART压力/差压变送器基本输出信号

4.1.2.HART信号输出物理要求

信号衰减与失真65μs限制:任何网络都含有电阻和电容,从而将引起传输信号的衰减、延迟或相移。为确保负载电阻两端的HART信号可靠的接收,从现场来的信号衰减不能超过3dB,为确保 上述条件得到满足, HART规范要求最小截止频率稍高于最高HART信号频率,由电阻电容组合的RC时间常数值小于65μs。在简单的HART系统中,电阻是负载电阻与电缆电阻之和,电容是电缆电容与所联装置电容之和,电缆超过几米后,其电阻和电容对RC时间常数的影响不能忽略。

4.1.3.布线拓扑结构和要求

HART数字通信通常采用主/从式工作方式,一个HART通信系统中通常配备两个通信主站。根据所采用的短地址和长地址,每个主站下面又可安装仪表若干。每个设备最多有256个变量，每个变量为带工程单位的IEEE754浮点类型(32位)。

HART数字通信协议支持下列布线拓扑结构和通信模式:

点对点：同时提供模拟量和数字信号,一个主设备和一个从设备之间的连接;

多点模式：全数字通信模式,只提供数字信号,一根电缆上连接多个HART现场设备。

阵发模式：通过主设备设置,允许总线上一个从设备自动、连续地发送标准HART响应消息。

HART协议智能仪表的安装方式和传统4mA~20mA模拟仪表基本相同。推荐使用屏蔽双绞线,线缆长度:双绞线≤3048m(10000ft);多重双绞线≤1524 m(5000ft)。线径要求:铺设距离≤1524m(5000ft)时,线径≥0.51mm ( #24AWG) ; 铺设距离>1524m(5000ft)时,线径≥0.81mm(#20AWG)。

下表给出了不同线缆长度条件下的电容大小以及网络中设备数量对 HART通信最远距离的影响。

1.02mm( #18AWG)直径的屏蔽双绞线的适用长度

5.中科博微的压力变送器

中科博微的NCS-PT105II系列智能压力变送器采用先进、成熟、可靠的电容式、单晶硅式以及扩散硅式压力传感器，结合先进的微处理器技术和数字化测量技术精心设计而成。内部微处理器的强大功能和高速运算能力使其具备了智能化、高精度、高可靠和零点稳定等优良品质；液晶显示模块能够显示压力、温度、电流等多种物理量；按键操作可实现零点迁移、量程设定等多种功能，易于现场调试。可以测量压力、差压、液位、流量等多种工业参数，可以广泛应用于石油、化工、电力、冶金等行业。部分性能指标如下：

●支持HART、FF H1、PROFIBUS PA、PROFIBUS DP协议最新版本；

●可通过HART协议认证测试、 FF互操作、PI认证测试；

●压力种类包括：表压、绝压、差压；

●最高精度：±0.075%满量程(20℃，量程比10:1范围内)；

●长期稳定性：±0.2%量程上限/5年；