HART变送器的校准

作者:胡晓军 文章来源:美国福禄克公司 发布时间:2012-12-17

在今天的过程控制工厂里,大多数新的现场仪器都是智能化的数字仪器。这种仪器具有额外的功能和数字补偿能力,能够支持多种类型的传感器或者多种变量。和常规的模拟式仪器相比,这些仪器通常都能够提供更好的准确度、稳定性和可靠性。

最常见的智能型仪器都带有H A R T 通讯协议。在世界范围内的10000家工厂里,现在使用着的HART仪器有500 万台以上。HART,即高速可寻址远程变送协议是一种工业标准,它定义了智能现场设备和使用传统的4~20mA 连线的控制系统之间的通讯协议。

为了维修HART 仪器,使用的设备需要具有两种能力:精密的模拟源和测量能力以及数字通讯能力。在此之前,进行这种维修工作需要两种单独的工具,即一台校准器和一个通讯装置。现在,只要使用一台HART 过程校准器就可以获得这两种工具的能力。这种仪器能够帮助您迅速、有效地维修HART 仪器。

HART仪器的校准需求

人们往往有一种错误的概念,即HART 仪器的准确度和稳定性使它不需要校准。另一种错误的概念是,HART 仪器的校准可以只使用一个HART通讯装置,通过重新调整现场仪器的量程来完成。还有一种错误的概念是控制系统可以以远程的方式来校准智能仪器。所有这些概念都是错误的。所有的仪器都具有漂移,仅仅使用通讯装置重新调整量程并不是校准。要进行校准就需要一台精密的校准器或标准器。使用一台溯源到国家标准的校准器对HART 仪器定期地进行性能检定是很必要的,这是因为:

1. 由于电子电路和主传感元件暴露在温度、湿度、污染物质、振动及其它现场环境因素之下,电子仪器的性能随时间发生变化。

2. 规定职业安全、用户安全及环境保护的各种规程的要求。

3. 对于影响产品质量的所有仪器的质量计划(如ISO 9000)的要求。

4.称重、度量以及监管传递等的商业要求。

定期的校准也是很要紧的,因为性能检查常常会发现各种并非直接由仪器引起的问题,如固化的或凝结的压力管线、热偶类型安装错误或其它的差错和故障。

一个完整的校准步骤是:校前测试, 如有必要则进行调节(Adjustment)以达到可接受的公差范围之内;如果进行了调节,则还要进行最终检定测试(剩余测试)。在校准过程中收集的数据则用来形成校准报告,并用文件的形式来表达仪器的性能随时间的变化。

所有的仪器(包括HART仪器)都必须定期地按照预防性的维护日程进行校准。确定校准间隔时,应当使该校准间隔足够短,以保证仪器的性能绝不会漂移到其公差范围之外;还应当使该校准间隔足够长,以避免不必要的校准工作。确定校准间隔的另一种方法是根据关键的过程要求来确定校准间隔,即在每一生产批次之前进行一次校准。

如何对HART仪器进行正确的校准

为了按照仪器的应用情况来对HART仪器进行校准,了解典型HART变送器的功能结构是很有帮助的。

HART 仪器由三个不同的部分组成(见图1)。正确的HART 校准可能涉及传感器调节及输出调节之一或者二者都涉及。不使用校准器而调节量程值(LRV 和URV)并不是校准,而忽略输入部分来进行输出调节也不是正确的校准。如果PV和PVAO没有用于过程控制,对于在4~20mA 模拟模式下工作的仪器来说,使用一台校准器来调节量程值可能是一种比较实际的校准替代方法。

新的工具使校准工作做得更快

今天,仪器维护的工作已经走出了实验室而进到现场。这样就可以减少生产过程的中断,避免了把仪器送回车间所需要的时间和费用。便携式的通讯装置和校准器常常一起使用,以完成现场校准的工作。然而,人们希望携带更少的设备在现场进行维护工作的愿望产生了对新型校准工具的需求。

福禄克公司新型的744文件过程校准器是第一台功能强大而又易于使用的HART 仪器现场校准工具。只要按动一个按键,就会进入HART 模式,并在活动的设备屏幕上显示出基本的HART 信息,(如图2 所示)。只要按照图3 的树状菜单再多按几下按键, 就可以进入下一层HART 功能。

不需要通讯装置

744不需要另外的仪器或通讯装置就能进行每天的HART 校准和维护工作。它能支持很多常见型号的HART变送器,比其它任何HART现场校准器具有更多的设备专用的特殊命令支持。

询问HART设备以确定其类型、制造厂家、型号、标识ID、PV和PVAO。

对选定的设备进行自动的HART传感器调节和输出调节。

调节量程、阻尼和其它的基本过程结构设置值。

读和写HART标志(HART tag)和消息域(message field)以便对智能变送器重新设定标志。

按照基本的HART结构数据,克隆另外的变送器。

多种HART协议支持744支持HART V5.7 命令。借助2MB内存,744还可支持相当多的HART 指令集:

基本命令——提供那些所有现场器件都支持的功能, 如读取厂家和型号信息、读一级变量PV、读电流输出和满量程的百分比。

一般命令——提供大多数现场器件都支持的功能, 如读多变量、设置时间或进行环路测试。

设备专用命令——提供某个特殊现场器件才具有的功能,例如传感器调整。

支持的HART工作模式

对于最常用的点对点工作模式来说,将744连到4~20mA回路中的单个HART设备上。

在多回路模式中,可以把几台HART仪器用总线连接起来。744能搜索每一台设备,识别其使用的地址,并使您能够选择某一仪器以进行校准及相关的操作。

在突发模式下,HART仪器不等待主机讯问就发送数据串。在测试或校准时,744可以使变送器退出突发模式,并在以后使其恢复到突发模式。

通讯装置还有用处吗?

使用一台HART仪器或者进行744不支持的修改HART变量的工作时,需要使用通讯装置。744的设计目的是完成您通常要使用一台单独的通讯设备来进行的大量的日常操作。744的HART功能的能力和275型HART通讯装置是可以相互比拟的,只是没有DD解释器。DD解释器使得275通讯装置能够读取任何HART供应商的命令集库, 而这种功能远远地超出了日常HART仪器维护工作的一般要求。

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