胡林紅，孔令敏，李 濤

（中國海洋石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

1 HATR協(xié)議簡介

HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）協(xié)議，即可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國ROSEMOUNT 公司于1985 年推出用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議［1］。

HART 協(xié)議使用ISO/OSI 開放系統(tǒng)互聯(lián)模式，采用其簡化3層模型結(jié)構(gòu)，即第1層物理層、第2層數(shù)據(jù)鏈路層和第7層應(yīng)用層，其對應(yīng)關(guān)系見表1［2］。

表1 OSI模型與HART通信協(xié)議對應(yīng)關(guān)系

HART 通信使用載波傳輸?shù)姆绞剑床捎脭?shù)字信號對載波進(jìn)行調(diào)制后再實(shí)行傳輸）和半雙工的通信方式（即信息流可在2 個(gè)方向上傳輸，但同時(shí)只允許1 個(gè)方向的傳輸）。HART 通信采用基于Bell202 通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK 頻移鍵控信號，在低頻的4～20 mA 模擬信號上疊加1 個(gè)幅度為0.5 mA 的高頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通訊［3］，2 種信號共享硬件而不沖突。數(shù)據(jù)傳輸率為1.2 Mbps，由于FSK 信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性［4］。

在HART 協(xié)議物理層中規(guī)定，通信傳輸速率為1 200 波特，數(shù)字信號用2個(gè)頻率表示：1 200 Hz代表邏輯“1”，2 200 Hz代表邏輯“0”，如圖1 所示。

圖1 HART協(xié)議通信的FSK信號

2 HATR475手操器簡介

HART475 手操器是羅斯蒙特HART375 手操器的改良升級型號，它旨在與不同設(shè)備生產(chǎn)商的各種HART 和現(xiàn)總線設(shè)備協(xié)同運(yùn)作。通過由HART 通訊基金會(huì)和Fieldbus Foundation 支持的電子設(shè)備描述語言(EDDL)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備互操作性，可以對設(shè)備進(jìn)行配置、維護(hù)或故障排除。

手操器內(nèi)存由3 種組件構(gòu)成。（1）內(nèi)部閃存：32 MB 非易失RAM，儲(chǔ)存操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件；（2）系統(tǒng)卡：帶有非易失閃存的1 GB 或更大內(nèi)部安全數(shù)字卡；（3）RAM：32 MB，僅用于程序執(zhí)行。

連接475 手操器或系統(tǒng)卡，用戶可使用3 種類型連接至簡易升級程序：IrDA、藍(lán)牙、支持的讀卡器。475 手操器必須處于監(jiān)聽PC 模式，以通過Ir-DA或藍(lán)牙通訊。

開啟475 手操器，點(diǎn)擊主菜單，若在線HART設(shè)備與手操器已連接，則會(huì)自動(dòng)顯示HART應(yīng)用程序在線菜單；如果沒有連接設(shè)備，則幾秒鐘后顯示HART應(yīng)用程序主菜單。

當(dāng)475手操器與設(shè)備通訊時(shí)，窗口上方將顯示1個(gè)跳動(dòng)的HART 圖標(biāo)。475手操器見圖2，圖標(biāo)及其含義見表2。

圖2 475手操器

表2 475手操器圖標(biāo)及其含義

3 手操器與現(xiàn)場智能儀表連接方式

3.1 連接到HART設(shè)備

使用連接器將手操器與設(shè)備或負(fù)載電阻并聯(lián)，不具有極性敏感，HART回路中須至少有250 Ω電阻［5］。手操器頂端有3 個(gè)端口，紅色是各自協(xié)議正極，黑色為2個(gè)協(xié)議共享的公共端口。保護(hù)蓋可以確保任一時(shí)刻只有1 對端口露出。同時(shí)有端口標(biāo)記，指明端口對應(yīng)相應(yīng)的協(xié)議。見圖3、4。

圖3 475手操器連接到HART回路

圖4 475手操器直接連接到HART設(shè)備

3.2 連接到現(xiàn)場總線設(shè)備

由于測量電路，通訊端口上的475手操器現(xiàn)場總線連接器具有極性敏感。如果接線件連接錯(cuò)誤，則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息。

3.2.1 連接到現(xiàn)場總線設(shè)備接線見圖5、6。

圖5 工作臺(tái)接線

圖6 現(xiàn)場接線

4 475手操器在智能儀表中的操作和應(yīng)用

某天然氣處理設(shè)施中，有羅斯蒙特智能溫度變送器171 個(gè)、壓力（差壓）變送器155 個(gè)、Fisher 智能閥門定位器136 個(gè)，所以熟練掌握475 手操器對智能儀表的操作技能，在智能儀表的維護(hù)保養(yǎng)、故障檢查方面顯得尤為重要。

4.1 回路數(shù)據(jù)監(jiān)控和故障排查

在儀表校驗(yàn)或DCS 系統(tǒng)顯示故障時(shí)，將手操器按照文中3.1 的連接方式連接至現(xiàn)場儀表。開機(jī)，選擇OnlineOverview進(jìn)入界面。顯示PV值、AO電流輸出信號、LRV 量程下限值、URV 量程上限值。根據(jù)此4 項(xiàng)數(shù)據(jù)判斷智能儀表的故障。儀表校驗(yàn)時(shí)，可根據(jù)PV值和AO值計(jì)算儀表的精度。

4.2 各智能變送器參數(shù)的調(diào)整

（1）零點(diǎn)標(biāo)定：智能儀表使用過程中零點(diǎn)偶爾會(huì)發(fā)生漂移，用手操器可方便標(biāo)定：Device setup→Detailed setup→Sensors→Pressure sensor/Temp sensor→Sensor service→Sensor Trim→Zero Trim。

（2）量程調(diào)整：當(dāng)變送器的量程過大不適用當(dāng)前工藝流程時(shí)或當(dāng)雙法蘭差壓液位變送器存在正負(fù)遷移時(shí)，就需要對其進(jìn)行量程的調(diào)整。475 手操器操作修改上、下限值，點(diǎn)擊LRV數(shù)值在彈出界面輸入修改值點(diǎn)擊確認(rèn)，按SEND。

（3）修改位號和單位：新更換的變送器，位號和顯示單位跟現(xiàn)場實(shí)際不對應(yīng)，此時(shí)需要對其進(jìn)行修改。Device setup→Basic setup→Tag→輸入位號點(diǎn)擊確認(rèn)，按SEND，位號修改完成。Device setup→Basic setup→Unit，選擇單位點(diǎn)擊確認(rèn)，按SEND，單位修改完成。

4.3 模擬仿真信號進(jìn)行回路測試

在智能儀表新投用或使用過程中DCS 顯示異常時(shí)，在確認(rèn)儀表無故障情況下，可用475 手操器模擬4～20 mA 仿真信號給DCS 系統(tǒng)，測試回路的工作狀態(tài)。 Device setup→Diagnostics And Service→Loop Test。輸入模擬信號4 mA、8 mA、12 mA、16 mA、20 mA，與DCS畫面數(shù)據(jù)對比，測試狀態(tài)。

4.4 對Fisher智能閥門定位器的操作

在Fisher閥門檢修后，新安裝或生產(chǎn)過程中出現(xiàn)閥位偏差過大、反應(yīng)遲鈍時(shí)，需要對閥門定位器進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)試。此處重點(diǎn)介紹用475 手操器的引導(dǎo)設(shè)置功能對Fisher 智能閥門定位器的第1 次校驗(yàn)操作，具體操作如下：開機(jī)→HART→Online→Configure→Guided Setup→Setup Wizard→提示Instrument Mode 置于Not in Service→ENTER→Realy Type，選擇A or C→ENTER→Instrument Family 選擇 DVC6200/DVC6000→ENTER→選 擇 Travel Control→ENTER→選擇壓力單位PSI→ENTER→根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)銘牌信息填寫Max Supply Pressure值→ENTER→選擇定位器所安裝的執(zhí)行機(jī)構(gòu)制造商→ENTER→選擇Actuator Model→ENTER→選擇Actuator Size→ENTER→選擇Valve Closed，即控制信號為4mA 時(shí)，定位器閥位反饋為4 mA(0)；選擇Valve Open，即控制信號為4 mA 時(shí)，定位器閥位反饋為20 mA(100%)→ENTER→ Yes→ENTER→Yes→ENTER→OK→SEND→ENTER→Yes→OK→ABORT（因?yàn)檫€需根據(jù)閥門尺寸修改增益值）。Configure→Detailed Setup→Response Control→Tuning→Travel Tuning→Travel Tuning Set→選擇合適的增益值（下10“、12“閥選擇J，14”、16”閥選擇K，18”、20“閥選擇L）→ENTER→Integral Enable→Disabled→返回Configure→Calibrate→Travel Calibration→Auto Calibration→Yes→ENTER→進(jìn)入自動(dòng)校驗(yàn)程序→校驗(yàn)完成→OK→Instrument Mode 置于In Service→ENTER（完成整個(gè)校驗(yàn)操作）。

對于已校驗(yàn)過的閥門定位器，再次進(jìn)行校驗(yàn)，則為：開機(jī)→HART→OnlineConfigure→Calibrate→Travel Calibration→Auto Calibration→Instrument Mode 置于Not in Service→Yes→ENTER→進(jìn)入自動(dòng)校驗(yàn)程序→校驗(yàn)完成→OK→Instrument Mode 置于In Service→ENTER（完成）。

5 結(jié)束語

針對智能儀表的應(yīng)用和維護(hù)，介紹了HART協(xié)議和基于HART 協(xié)議475 手操器，并詳細(xì)闡述了475手操器與設(shè)備的連接方式和475手操器在實(shí)際工作中的應(yīng)用方法，可以使從事自動(dòng)化儀表行業(yè)的工作者更加熟悉和掌握475 手操器在智能儀表中應(yīng)用的方法，以便在智能儀表的維護(hù)工作中快速有效查找和解決故障。