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带HART协议的涡街流量计有哪些应用优势

发表时间:2019-10-17
近年来现场总线技术发展迅速,全数字系统取代模拟系统已是大势所趋,因而现场仪表的数字化也势在必行。鉴于此,为涡街流量计开发了HART通信接口。
1.通信接口硬件
HART通信模块包括单片机、 EEROM、调制解调器HI2012、带通滤波器、放大整形电路和D/A换器AD421。AD421有两个功能,既可将数字信号直接转换为4~20mA电流输出,又能将环路电流转变为+5V电压输出,为系统提供电源。HT2012是符合Bell202标准的半双工调制解调器,它一方面与CPU的SCI(异步申行通信)口进行串行通信,一方面将输入的不归零制的数字信号调制成1200Hx(逻辑1)和2200Hz(逻辑0)的FSK频移健控信号,再经AD421叠加在4~20mA回路上输出,或将回路信号经带通滤波、放大整形后取出FSK信号,并将其解调为数字信号,从而实现HART通信。
带通滤波器和放大整形电路采用一片双运放TL062实现,在不引入干扰信号并满足带通滤波和系统稳定的条件下,将放大倍数调到足够大,使得正弦波信号的波峰、波谷大部分进入放大器饱和区而被削平,即将正弦波整形成为方波。
本系统设计难点在于功耗问题,由于本变送器采用电源线和信号线复用的二线制,变送器电路耗电电流加上0.5mA的HART正弦调制波信号电流不得超过4mA,即系统功耗必须小于3.5mA,所以硬件设计须符合低功耗条件。为此,对耗电较多的单片机,选用了 Micro Chip企业的PIC系列低功耗的PIC16LC76。功耗方面,在本系统5V电源和1.8432MHz时钟频率的情况下,典型功耗小于1mA;性能方面,采用了宽字单周期指令、双总线和RISC精简指令结构,实行速度快,效率高,可满足系统的实时性要求。此外,HI2012需要外部提供460.8kHz时钟信号,且要求其偏差在±0.1%内,故必须使用晶振,但晶振功耗较大,加之460.8kH晶振为非标准件,需专门订制,为避免使用两个晶振电路和降低成本,利用单片机当OSC1脚输入时钟信号时在OSC2脚输出对其四分频的倍号这一特性,在OSC1脚输入1.8432MHz时钟信号,从而在OS2脚得到460.8kHz时钟信号送给HT2012,实践表明,此信号完金符合HT2012的要求。对于传感测量电路,通过选择低功耗器件,可将其功耗降低到1mA以下,其它器件HT2012、ADA21、 EEROM、1.8432MHz晶振电路、TL062等功耗之和不大于1.5mA,因此达到了低功耗的设计要求。
 
2.应用效果
涡街流量计在加入HATR通信接口模块后,经测试,可与北HART上位机AppHKHART232及E+H企业的符合HART协议的手操器互连进行点对点HART通信,并正确实现所支撑的各条HART命令的功能。总线上再连入块从E+H企业进口的HART涡街流景计后,也可正确进行多点ART通信,完全达到了HART协议的技术要求。
较之传统涡街流量计,加人HART通信接口模块后的涡街流量计具有以下优点:
(1)可与其它现场传感器或变送器一起共用对双较线连到控制室的计算机或控制系统,无考虑传感器的信号匹配,大大简化了整个系统的布线和设计,既降低了成本,又减少了故障发生率;
(2)可由上位机或控制系统远程读取瞬时流量、累积液量等参数,远程读取和设量量程、点、单位、阻尼时间等参数,便于实时监控,如工作环境、工作状态发生变化或发生故障,能很方便地对各个现场传器取变送器进行远程组态或故障检查,大大降低人工和维护成本;
(3)与4~20mA电流信号相比,HART数字信号传送的测量值精度得到了很大提高,传输时受外界干扰的影响大大降低,传输距离可延长到3
 
3.结语
本文先容的HART通信接口模块完全符合HART协议,且具有较好通用性,软、硬件上稍加改动即可用于其它各类HART智能変送器。从技术角度看,现场总线在降低系统成本,提高可靠性,实现更为复杂、精确的控制等方面,具有无可比拟的优势。尤其当前我国由于模拟现场仪表的大量使用,从模拟到全数字现场仪表的更新较国外将更为慢,因此在今后很长一段时期内,HART协议产品在国内具有十分广阔的市场。
 

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