【教学课件】第八章智能式现场仪表.ppt

过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第八章智能式现场仪表第八章智能式现场仪表 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院电子电气工程系电子电气工程系过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第2页页EXIT知识目标：知识目标：了解了解HART协议技术和现场总线技术原理及特点协议技术和现场总线技术原理及特点 掌握掌握EJA、ST3000、LS-PA智能差压变送器使用方法智能差压变送器使用方法 掌握掌握TT302智能温度变送器使用方法智能温度变送器使用方法 掌握掌握DVC5010智能阀门定位器和现场控制阀的配套使用方法智能阀门定位器和现场控制阀的配套使用方法技能目标：技能目标：能操作能操作“智能终端智能终端”设置设置EJA、ST3000差压变送器位号、差压变送器位号、单位、零点和量程单位、零点和量程 能理解运用能理解运用“过程管理器过程管理器”设置设置LS-PA差压变送器原理差压变送器原理，并并 能用能用“三键三键”对对LS-PA差压变送器现场操作差压变送器现场操作 能写出能写出DVC5010智能阀门定位器在现场控制阀上的安装、校智能阀门定位器在现场控制阀上的安装、校准方法准方法第第8章章 智能式现场仪表智能式现场仪表 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第3页页EXIT8.4 智能式电动执行机构和智能式阀门定位器智能式电动执行机构和智能式阀门定位器第第8章章 智能式现场仪表智能式现场仪表 8.1 现场总线技术现场总线技术8.2 智能差压变送器智能差压变送器8.3 智能式温度变送器智能式温度变送器过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第4页页EXIT 随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，现场总线技术正在迅猛发展和扩大，它给用户一个直观现场总线技术正在迅猛发展和扩大，它给用户一个直观简单的使用界面和标准的简单的使用界面和标准的“功能块功能块”，用户可以使用那，用户可以使用那些些“图形化图形化”的语言来构筑自己的系统。

基于现场总线的语言来构筑自己的系统基于现场总线技术的智能式现场仪表由于具有数字化、智能化、小型技术的智能式现场仪表由于具有数字化、智能化、小型化等特点，能够满足目前化等特点，能够满足目前DCS和现场总线系统等自控和现场总线系统等自控系统高精度、数字通讯、自诊断等要求，正在逐渐替代系统高精度、数字通讯、自诊断等要求，正在逐渐替代处于工业自动控制系统现场的模拟变送器和执行器本处于工业自动控制系统现场的模拟变送器和执行器本章主要介绍几种目前技术比较成熟的智能式差压变送器章主要介绍几种目前技术比较成熟的智能式差压变送器、温度变送器和智能式阀门定位器温度变送器和智能式阀门定位器第第8章章 智能式现场仪表智能式现场仪表 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第5页页EXIT8.1现场总线技术现场总线技术现场总线技术的产生和发展现场总线技术的产生和发展 自自1983年年Honeywell推出智能仪表推出智能仪表Smar变送器之后，变送器之后，世界各厂家都相继推出各有特色的智能仪表为解决开世界各厂家都相继推出各有特色的智能仪表为解决开放性资源的共享问题，从用户到厂商都强烈要求形成统放性资源的共享问题，从用户到厂商都强烈要求形成统一标准，促进现场总线技术的发展。

目前，有影响的现一标准，促进现场总线技术的发展目前，有影响的现场总线技术有：基金会现场总线、场总线技术有：基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等，除等，除HART外，均为全数外，均为全数字化现场总线协议从现场总线技术形成来看，它是控字化现场总线协议从现场总线技术形成来看，它是控制、计算机、通信、网络等技术发展的必然结果；而智制、计算机、通信、网络等技术发展的必然结果；而智能仪表为现场总线技术的应用奠定了基础能仪表为现场总线技术的应用奠定了基础过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第6页页EXIT 全数字化意味着取消模拟信号的传送方式，要求每一全数字化意味着取消模拟信号的传送方式，要求每一个现场设备都具有智能及数字通信能力，使得操作人员或个现场设备都具有智能及数字通信能力，使得操作人员或其它设备（传感器、执行器等）向现场发送指令（如设定其它设备（传感器、执行器等）向现场发送指令（如设定值、量程、报警值等），同时也能实时地得到现场设备各值、量程、报警值等），同时也能实时地得到现场设备各方面的情况（如测量值、环境参数、设备运行情况及设备方面的情况（如测量值、环境参数、设备运行情况及设备校准、自诊断情况、报警信息、故障数据等）。

此外，原校准、自诊断情况、报警信息、故障数据等）此外，原来由主控制器完成的控制运算也分散到了各个现场设备上，来由主控制器完成的控制运算也分散到了各个现场设备上，大大提高了系统的可靠性和灵活性现场总线技术关键之大大提高了系统的可靠性和灵活性现场总线技术关键之处在于系统的开放性，强调对标准的共识与遵从，打破了处在于系统的开放性，强调对标准的共识与遵从，打破了传统生产厂家各自标准独立的局面，保证了来自不同厂家传统生产厂家各自标准独立的局面，保证了来自不同厂家的产品可以集成到同一个现场总线系统中，并且可以通过的产品可以集成到同一个现场总线系统中，并且可以通过网关与其它系统共享资源网关与其它系统共享资源过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第7页页EXIT 目前，一方面现场总线标准正处在完善和发展阶目前，一方面现场总线标准正处在完善和发展阶段，另一方面传统的基于段，另一方面传统的基于420mA的模拟设备还在广的模拟设备还在广泛应用于工业控制各个领域因此，立即全数字化是不泛应用于工业控制各个领域因此，立即全数字化是不现实的为满足从模拟到全数字化的过渡，现实的。

为满足从模拟到全数字化的过渡，HART协议协议应运而生它采用频移键控（应运而生它采用频移键控（FSK）技术在）技术在420mA模拟信号上叠加不同的频率信号来传送数字信号由于模拟信号上叠加不同的频率信号来传送数字信号由于420mA模拟信号标准将在今后相当长的时间内存在，模拟信号标准将在今后相当长的时间内存在，因此学习基于因此学习基于HART协议技术的现场仪表和基于现场总协议技术的现场仪表和基于现场总线技术的智能仪表具有重要意义线技术的智能仪表具有重要意义过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第8页页EXIT8.1.2 HART协议协议1.HART1.HART协议简介协议简介协议简介协议简介 HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosemount公司公司于于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过过20多年的发展，多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。

智能仪表的工业标准HART协议采用基于协议采用基于Bell202标准的标准的FSK频移键控信号，在低频移键控信号，在低频的频的 420mA模拟信号上叠加幅度为模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps由于FSK信号的平均值为信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性在统的兼容性在HART协议通信中，主要的变量和控制信息由协议通信中，主要的变量和控制信息由420mA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过校准、诊断信息通过HART协议访问协议访问过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第9页页EXIT HART通信采用的是半双工的通信方式通信采用的是半双工的通信方式HART协协议参考议参考 ISO/OSI(开放系统互连模型开放系统互连模型)，采用了它的简化，采用了它的简化三层模型结构，即第一层物理层，第二层数据链路层和三层模型结构，即第一层物理层，第二层数据链路层和第七层应用层。

第七层应用层第一层：物理层规定了信号的传输方法、传输介第一层：物理层规定了信号的传输方法、传输介质，为了实现模拟通信和数字通信同时进行而又互不干质，为了实现模拟通信和数字通信同时进行而又互不干扰，扰，HART协议采用频移键控技术协议采用频移键控技术FSK，即在，即在420mA模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用 Be11202国际标准，数字信号的传送波特率设定为国际标准，数字信号的传送波特率设定为 1200bps，1200Hz代表逻辑代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑代表逻辑“0”，信号，信号幅值幅值0.5mA，如图，如图8.1所示过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第10页页EXIT图图8.1基于基于Bell202标准的标准的FSK频移键控信号频移键控信号过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第11页页EXIT 通信介质的选择视传输距离长短而定通常采用双绞同通信介质的选择视传输距离长短而定通常采用双绞同轴电缆作为传输介质时，最大传输距离可达到轴电缆作为传输介质时，最大传输距离可达到1500。

线路线路总阻抗应在总阻抗应在2301100之间第二层：数据链路层规定了第二层：数据链路层规定了HART帧的格式，实现建帧的格式，实现建立、维护、终结链路通讯功能立、维护、终结链路通讯功能HART协议根据冗余检错码信协议根据冗余检错码信息，采用自动重复请求发送机制，消除由于线路噪音或其它干息，采用自动重复请求发送机制，消除由于线路噪音或其它干扰引起的数据通讯出错，实现通讯数据无差错传送扰引起的数据通讯出错，实现通讯数据无差错传送现场仪表要执行现场仪表要执行HART指令，操作数必须合乎指定的大指令，操作数必须合乎指定的大小每个独立的字符包括小每个独立的字符包括1个起始位、个起始位、8个数据位、个数据位、1个奇偶校个奇偶校验位和一个停止位由于数据的有无和长短并不恒定，所以验位和一个停止位由于数据的有无和长短并不恒定，所以HART数据的长度也是不一样的，最长的数据的长度也是不一样的，最长的HART数据包含数据包含25个个字节第七层：应用层为第七层：应用层为HART命令集，用于实现命令集，用于实现 HART指指令命令分为三类，即通用命令、普通命令和专用命令命令分为三类，即通用命令、普通命令和专用命令。

过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第12页页EXIT2.HART协议远程通信硬件协议远程通信硬件 现场仪表的现场仪表的现场仪表的现场仪表的HARTHART协议部分协议部分协议部分协议部分主要完成数字信号到模拟电流主要完成数字信号到模拟电流主要完成数字信号到模拟电流主要完成数字信号到模拟电流信号的转换，并实现对主要变量和测量、过程参数、设备组态、信号的转换，并实现对主要变量和测量、过程参数、设备组态、信号的转。