基于HART协议的智能一体化温变校验过程

基于HART协议的智能一体化温变校验过程

马肃

(亚洲硅业（青海）有限公司青海西宁810007)

摘要：本文主要以罗斯蒙特248型一体化智能温度变送器为例，简述智能温度变送器的校验过程和方法，参数的修改以及接线方式和常见故障的处理。

关键词：HART协议智能温变校准过程接线方式故障处理

一、概述：

温度是化工生产企业中重要的控制参数之一，主要用于工业过程温度参数的测量和控制，在自动化生产过程中起着举足轻重的作用，如果温度检测有误，将会对生产和产品质量造成严重的后果。通常在温度检测中，主要通过双金属温度计和智能温度变送器来测量温度，本文主要讲述罗斯蒙特248型一体化智能温度变送器的校验过程和方法。

智能温度变送器采用热电偶、热电阻作为传感器，从传感器输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号输出。

HART协议是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。

二、智能温变校准过程

以罗斯蒙特248型智能温度变送器为例简述过程。该智能温度变送器具有HART协议，是两线制仪表，可用475手操器修改内部参数且出厂时默认设定为四线制仪表。现场使用的传感器为热电阻，分度号为Pt100，仪表人员在接线时发现该智能温度变送器输出电流为21.75mA左右，导致此结果的原因是现场接线方式为三线制，所以要将出厂原设的四线制改为三线制，此智能温度变送器在（-200～850）℃之间可调。具体操作方法如下：

1）用HART-475手操器修改出厂设置

按照图6连接475手操器，打开电源，显示ＨartApplication，操作顺序依次为：按右键进入后选择2（online），按右键进入后选择1（DeviceSetup），按右键进入后选择3（Configuration），按右键进入后选择2（Sensorconfig），按右键进入后选择1（sensor1），按右键进入后选择1（connections），按右键进入后按OK键，选择Pt100,a=385，按ENTER键后选择3（3wire三线制），按ENTER键确认保存，按OK键后再连续按4次返回键返回到初始菜单。此时，已经将智能温度变送器改为三线制接线方式。

2）修改变送器测量范围

校准智能温度变送器时，需要知道智能温度变送器的测量范围，如果需要修改智能温度变送器量程时，可按如下步骤操作：连接475手操器，打开电源，475手操器显示ＨartApplication，操作顺序依次为：按右键进入后选择2（online），按右键进入后选择6（PVLRV0.00degC），按右键进入后输入所需测量下限数值，按ENTER键，选择7（PVURE100degC），按右键进入后输入所需测量上限数值，按ENTER键确认，按SEND键发送，OK键保存，此时测量范围修改完成。

3）校准过程

首先按照接线图6将智能温度变送器、475、电阻箱、信号发生器（劲仪）、数字万用表连接好，打开劲仪，按劲仪24V键给出24VDC供电（其它24VDC供电方式皆可）,以（-40～40）℃范围的智能温度变送器为例讲述校准过程：

开始校准时，需通过Pt100分度表进行温度与电阻值之间对应关系的查找，如-40℃对应的电阻值为84.27Ω，此时输出电流为4mA，将电阻箱的电阻值给到84.27Ω，观察万用表或者475上电流的读数是不是4mA，如果不是，需要进行校准。40℃所对应的电阻值115.54Ω，此时输出电流为20mA，将电阻箱的电阻值给到115.54Ω，观察万用表或者475上电流的读数是不是20mA，如果不是，需要进行校准。此处同时校准4mA和20mA对应的温度值，即零点和量程。

具体操作过程为：

打开475电源，显示ＨartApplication，操作顺序依次为：按右键进入后选择online，按右键进入后选择Devicesetup，按右键进入后选择Diag/service，按右键进入后选择Calibration，按右键进入后选择Snsr1trimmenu，按右键进入后选择Snsr1inputtrim，按右键进入后出现WARNING:pressing'ok'willchangedeviceoutput.Putloopinmanual，此时按OK键选择YES，按ENTER键选择degC，按ENTER键选择LowerandUpper(零点和量程)，按ENTER键出现Connectlowersensorreferenceinput...(此时，在电阻箱上输入智能温度变送器下限所对应的电阻值，此处输入-40℃所对应的电阻值84.27Ω)，按OK键后在弹出的输入框内输入智能温度变送器下限值-40℃，按ENTER键出现Performingsensortrim...(等待数秒)后自动跳至Verifytrysnsrtrimcomplete（等待数秒）继续自动跳至出现nsris-40degC（-40℃左右，此时零点校准完成，开始校准量程，按OK键进行），然后按OK键出现Connectuppersensorreferenceinput...(此时，在电阻箱上输入智能温度变送器上限所对应的电阻值，此处输入40℃所对应的电阻值115.54Ω)，按OK键后在弹出的输入框内输入智能温度变送器下限值40℃，按ENTER键出现Performingsensortrim...(等待数秒)后自动跳至Verifytrysnsrtrimcomplete（等待数秒）继续自动跳至出现nsris40degC（40℃左右，此时量程校准完成）,按OK键出现WARNING:returncontrollooptoautomaticcontrol，按OK键返回测量界面。

4）一般温度校准过程

对于不带HART协议的智能温度变送器的校准，和248智能温度变送器的接线方式一样，无需将250Ω电阻和475手操器接入线路中，需要在24VDC供电回路中串接一台电流表，校准时按照量程的上下限在电阻箱上给出相对应的电阻值，观察电流表指示数值是否正确，如果不正确，用小螺丝刀调节零点和量程电位器，如此反复调校，直到零点和量程的输出电流在允许误差范围内。最后将剩余的三个点8mA，12mA，16mA进行一一验证，观察线性。另：此类温度变送器的扩展范围是量程的1.5倍，在修改量程时，应注意所要扩展的范围。

三、智能温变接线方式

罗斯蒙特248型智能温度变送器外形图如下图所示，其总共有6个接线端子，1,2,3,4端子接电阻体，其余标有+、-的端子接24VDC电源，上面标有HART协议标识别。

在接入传感器时，有以下几种接法，图1为两线制接法，图2为三线制接法，图3为四线制接法，图4为热电偶接法。

在校准248智能温度变送器时，首先要给智能温度变送器进行24VDC供电，然后将电流表串入线路中，用于观察智能温度变送器输出的（4～20）mA电流变化。在线路中接入250Ω电阻，用于连接HART475手操器通讯，HART475手操器的两根表笔接到250Ω电阻的两端，修改智能温度变送器内部参数。使用250Ω电阻是因为变送器的标准负载是250Ω，而手操器与250Ω电阻并联，是因为变送器的通讯信号是叠加在电流中的，手操器接受的是信号中的电压脉动成分，所以必须要有一个电阻将电流中的脉动转换成电压脉动，手操器才能识别，同时只有在校表时变送器直接接电源时才需要，在温度变送器工作状态（回路）下连接HART475手操器不必接电阻。具体接线如图5所示：

在校准智能温度变送器时还需接入精密电阻箱，给智能温度变送器输入一个相应的电阻值，根据输入电阻值的大小来判断智能温度变送器输出的温度和电流值是否与给出电阻体的大小对应（通过PT100分度表进行查询），如果输出电流值和温度不在允许误差范围内，需进行调节，具体校准过程上文已详述，具体接线如图6所示：

四、常见故障及处理

智能温度变送器在实际使用过程中大多出现以下故障：

1）智能温度变送器输出温度与控制室（DCS）显示不符，此时检查智能温度变送器测量范围是否与DCS设置一致，如不一致，更改量程，使得现场智能温度变送器量程与DCS量程一一对应；

2）智能温度变送器输出波动较大时，检查接线是否松动，检查电阻体是否虚接；

3）控制室显示温度超量程时，检查智能温度变送器输出是否为最大，检查电阻体是否断路；

4）变送器输出电流与电阻体阻值对应不一致时，修改变送器参数或更换智能温度变送器。

五、结语

智能温度变送器在目前工业过程温度参数的测量和控制中起着至关重要的作用，尤其是自动化程度较高的行业且热电偶或热电阻信号需要远距离传送、现场有较强干扰源的地方。熟悉和了解智能温变的校验过程，精确测量工艺温度的变化，对企业的稳定生产有着长远的意义。

参考文献:

[1]智能温度变送器及其管理软件的研制[D].蔡安.浙江工业大学2015

[2]HART智能温度变送器的实现[D].黄云彪.重庆大学2002

[3]智能一体化温度变送器设计与实现[D].吕海武.华东理工大学2012

[4]浅谈热电阻在多晶硅行业中的应用[J].辛有平，尹旺旺，解成松.电力设备.2017(33)

[5]JJF1183-2007温度变送器校准规范].实施时间2008-5-21