基于HART協(xié)議的智能電磁流量變送器關鍵技術研究.pdf

1、電磁流量計因其結構簡單、無活動部件和阻礙被測介質流動的擾動件或節(jié)流件而在工業(yè)生產等領域獲得廣泛應用。雖然我國己在電磁流量計開發(fā)方面取得了一定成績，但是由于國產的流量檢測儀表在系統(tǒng)設計上存在較多信息轉換環(huán)節(jié)，且多數缺少小信號切除、非線形補償以及數字濾波等高級信號處理能力，影響系統(tǒng)的檢測精度和抗干擾能力；另外，網絡通訊接口一般只配置RS-232或RS-485串行接口，組網和通訊能力差。 現場總線控制系統(tǒng)代表了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網

2、絡化、智能化發(fā)展的方向。為了構建現場總線型工業(yè)測控系統(tǒng)，要求系統(tǒng)中所有儀表都應具有現場總線功能。在模擬系統(tǒng)向數字系統(tǒng)轉變過程中，HART協(xié)議是唯一向后兼容的智能儀表解決方案，在具有現場總線一系列優(yōu)點的同時，保留了對現有4～20mA系統(tǒng)的兼容性。因此，采用HART總線技術研制總線型電磁流量儀表是我國提升工業(yè)自動化儀表及其主控系統(tǒng)技術水平的關鍵問題之一。為此，本文在對電磁流量計關鍵技術進行分析、研究、比較和論證的基礎上，提出了基于HART協(xié)

3、議智能電磁流量變送器的總體結構設計方案。主要研究內容如下： 論文對HART協(xié)議作了較全面的分析。HART協(xié)議采用ISO/OSI簡化模型，其中物理層規(guī)定了信號的傳輸方式以及信號電平等內容。數據鏈路層規(guī)定了設備類型以及數據傳輸幀格式。命令層規(guī)定了HART協(xié)議的各種命令及響應碼?；贖ART協(xié)議的智能電磁流量計的通信功能就是基于HART的各種規(guī)范實現的。 在硬件電路中著重對系統(tǒng)的采集放大電路、勵磁發(fā)生電路、模數轉換電路、通信接

4、口電路和系統(tǒng)抗干擾電路等進行設計和分析。采用ADI公司推出的高性能同步V/F轉換器AD652，對傳感器電壓信號進行采集和轉換，提高了系統(tǒng)檢測精度。同時，采用低功耗CMOS芯片P89C51RD2FN和．X25045集成芯片構成單片機系統(tǒng)，具備掉電保護、自診斷等功能，輸入輸出電路采用電隔離和過流保護措施，不僅簡化了硬件設計，而且提高了系統(tǒng)的可靠性及抗干擾能力。在HART通信電路中，采用SMAR公司的HART信號調制解調專用芯片HT2012，

5、在不干擾4～20mA模擬信號的同時，實現雙向數字通訊功能。實現了儀表的智能化和總線化。 系統(tǒng)軟件采用MCS-51單片機匯編語言，采用模塊化程序設計方法，將一個程序化分成若干小的模塊，不同模塊完成不同功能，各模塊間保持相對的獨立性。其中包括初始化子程序、儀表監(jiān)控主程序、AD采樣子程序、HART通訊子程序。軟件采用中斷處理機制，并且采用軟件陷阱、指令冗余和看門狗技術等處理手段，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。 通過上位機串口配備的符合

6、Bell202通訊標準的調制解調器，連接于儀表的標準采樣電阻兩端，可實現上位機與流量計之間的HART通訊。實驗表明，該儀表符合HART協(xié)議各種規(guī)范，能夠對上位機發(fā)送的命令幀作出相應的響應，實現了HART總線通訊功能。采用標準表法進行的對比試驗表明，該儀表能夠滿足對前端傳感器輸出電壓信號的測量，體積流量測量精度達到要求，可以同時顯示瞬時流速和正反雙向累積流量，并具備多種報警輸出、脈寬可調和勵磁頻率可調等功能，基本實現了智能電磁流量變送器性