1 引言

    2009年9月，某公司油品水路出廠安裝了兩臺(tái)ABB公司的FCM2000質(zhì)量流量計(jì)，一臺(tái)是苯原料進(jìn)廠，另一臺(tái)是苯乙烯產(chǎn)品出廠。由于該表安裝于罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，需要在遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，但儀表出廠時(shí)沒(méi)有附加通信處理板，故該表不能進(jìn)行數(shù)字通信。經(jīng)過(guò)與廠家聯(lián)系，確認(rèn)在該表的31、32端子上提供了基于電流信號(hào)的HART通信，為了實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的數(shù)據(jù)采集，在不增加成本的基礎(chǔ)上，只能考慮在電流口上采集信號(hào)了。該端口提供了4-20mA電流信號(hào)和HART信號(hào)，可以輸出瞬時(shí)流量、密度、儀表系數(shù)等信息，一般僅用于275、375手操器組態(tài)用?？紤]到計(jì)量人員需要同時(shí)觀察出廠苯乙烯的累計(jì)量、瞬時(shí)流量、溫度、密度等信號(hào)，以便在流量計(jì)工作過(guò)程中監(jiān)督工藝情況，了解是否有氣化、抽空等情況發(fā)生。為了克服人工抄表帶來(lái)的弊端，減少事故的發(fā)生，有必要在計(jì)算機(jī)上對(duì)該類(lèi)儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

    2 系統(tǒng)組成

    苯乙烯出廠采集系統(tǒng)包括上位機(jī)、通信轉(zhuǎn)換適配器和流量計(jì)，由于采用了基于4-20mA的HART協(xié)議，必須要對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便計(jì)算機(jī)可以識(shí)別，為此系統(tǒng)采用了某電子公司生產(chǎn)的SM100-BHART協(xié)議轉(zhuǎn)RS485智能適配器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    兩塊儀表分別用一對(duì)屏蔽電纜從31、32端口引到500米遠(yuǎn)的計(jì)量室，接入SM100-B適配器。適配器上電纜的接法必須根據(jù)變送器供電電源和信號(hào)是否分開(kāi)來(lái)確定，即區(qū)分變送器是兩線(xiàn)制還是四線(xiàn)制。二線(xiàn)制傳輸方式中，二根導(dǎo)線(xiàn)同時(shí)傳送變送器所需的電源和電流信號(hào)，目前大多數(shù)變送器均為二線(xiàn)制；四線(xiàn)制方式中，供電電源和變送器輸出信號(hào)分別用二根導(dǎo)線(xiàn)傳輸。由于ABB質(zhì)量流量計(jì)的變送器采用的是四線(xiàn)制，HART適配器端的接法如圖2所示。

圖2 HART適配器接線(xiàn)圖

    3 HART協(xié)議

    HART（HighwayAddressableRemoteTransduce）r，即可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道通信協(xié)議。HART信號(hào)傳輸是基于BELL202通信標(biāo)準(zhǔn)，采用FSK（頻移鍵控）方法，數(shù)字信號(hào)的傳送波特率為1200b/s，數(shù)字信號(hào)“0”和“1”分別用1200Hz和2200Hz的正弦波表示，這些頻率的正弦波疊加在模擬信號(hào)上一起傳送。由于FSK信號(hào)平均值為零，對(duì)模擬信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生任何影響，HART屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過(guò)渡性產(chǎn)品。HART規(guī)定了3類(lèi)命令，第1類(lèi)稱(chēng)為通用命令，這是所有設(shè)備都執(zhí)行的命令；第2類(lèi)稱(chēng)為一般行為命令，所提供的功能可以在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)；第3類(lèi)稱(chēng)為特殊設(shè)備命令，以便于在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能。

    HART工作于OSI網(wǎng)絡(luò)7層協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層，其協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)通信是以幀的格式傳送，HART幀由鏈路同步信息、地址信息、用戶(hù)數(shù)據(jù)以及校驗(yàn)碼組成，HART幀又分為請(qǐng)求幀、應(yīng)答幀和陣發(fā)幀。請(qǐng)求幀和應(yīng)答幀的主要差別在于應(yīng)答幀包含了數(shù)據(jù)通信狀態(tài)和變送器的工作狀態(tài)，如圖3，圖4所示。

圖3 HART請(qǐng)求幀格式

圖4 HART應(yīng)答幀格式    

    鏈路同步碼：HART協(xié)議采用2到20個(gè)十六進(jìn)制的“FF”字節(jié)作為接收設(shè)備的同步信息，主設(shè)備可通過(guò)鏈路層管理命令設(shè)定同步字節(jié)個(gè)數(shù)，ABB流量計(jì)變送器采用的是8個(gè)“FF”組成的同步碼；定界符：表示HART幀的開(kāi)始，定義了幀的類(lèi)型及尋址格式。如長(zhǎng)幀的請(qǐng)求幀定界符為“82”，應(yīng)答幀定界符為“86”；命令號(hào)：表示現(xiàn)場(chǎng)儀表所要執(zhí)行的功能，命令號(hào)的有效范圍為0～255。常見(jiàn)的有0、2、3、6、11、33等命令，本系統(tǒng)僅使用0和3命令，0為取變送器地址，3為采集流量、密度等變量數(shù)據(jù)；字節(jié)長(zhǎng)度：表示后續(xù)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，也是HART幀的結(jié)束位置，對(duì)于有的命令該字節(jié)總為0；響應(yīng)碼：應(yīng)答幀包含兩個(gè)字節(jié)的響應(yīng)碼，前一字節(jié)表示數(shù)據(jù)通信狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)儀表命令執(zhí)行結(jié)果，當(dāng)最高位為1時(shí)，數(shù)據(jù)通信出錯(cuò)，最高位為0時(shí)，表示現(xiàn)場(chǎng)儀表命令執(zhí)行結(jié)果成功；數(shù)據(jù)字節(jié)：表示與命令相關(guān)的數(shù)據(jù)；校驗(yàn)碼：表示從定界符開(kāi)始對(duì)所有字節(jié)進(jìn)行異或運(yùn)算，以確保通信無(wú)差錯(cuò)。

    為了加快采集速度，程序設(shè)計(jì)一開(kāi)始用0號(hào)命令將兩臺(tái)變送器的設(shè)備地址取出來(lái)，分別放到兩個(gè)數(shù)組變量中。當(dāng)連續(xù)用3號(hào)命令請(qǐng)求取數(shù)據(jù)時(shí)，可在命令幀中直接引用設(shè)備地址，就不必重復(fù)取設(shè)備地址，縮短了儀表的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。取得HART地址為“1”的變送器設(shè)備地址信息的請(qǐng)求幀如圖5所示。

    返回的響應(yīng)幀如下：

    FF FF FF FF FF FF FF FF 06 81 00 0E 00 88 FE 12 13 08 05 00 02 00 00 00 05 2D D9

    接下來(lái)進(jìn)行變量采集，需要上述響應(yīng)幀中的5個(gè)字節(jié)121300052D：其中12是制造廠代碼，13是設(shè)備類(lèi)型，不同廠家的變送器該位是不同的。00052D是設(shè)備標(biāo)識(shí)數(shù)的連續(xù)3個(gè)字節(jié)，00是高位，2D是低位。12還要加上80變成92表示發(fā)送方為主機(jī)，最后921300052D序列作為3號(hào)命令的設(shè)備地址。圖6是采集1＃表的累計(jì)量、流量、溫度、密度等數(shù)據(jù)的請(qǐng)求幀：

    由變送器返回的響應(yīng)幀中，命令號(hào)“03”后第4個(gè)字節(jié)起，每5個(gè)字節(jié)為一組，分別對(duì)應(yīng)變送器的溫度、密度、瞬時(shí)流量、累計(jì)量等各變量，每組變量中5個(gè)字節(jié)的末字節(jié)為計(jì)量單位代碼，可忽略。通過(guò)VisualBASIC程序?qū)⒚拷M中前4個(gè)字節(jié)的IEEE754格式的16進(jìn)制轉(zhuǎn)成十進(jìn)制小數(shù)，就可以顯示流量計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)了。

    4 結(jié)語(yǔ)

    通過(guò)HART模塊將ABB儀表的數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)有儀表資源，降低了成本，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的運(yùn)行，情況良好。采用本方案對(duì)于其他類(lèi)型的沒(méi)有數(shù)字通信口，但有HART組態(tài)端口的儀表，具有推廣應(yīng)用價(jià)值，在此基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程完成對(duì)儀表進(jìn)行組態(tài)和調(diào)校的工作。

    參考文獻(xiàn)

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