1 引言
2009年9月，某公司油品水路出廠安裝了兩臺ABB公司的FCM2000質(zhì)量流量計，一臺是苯原料進廠，另一臺是苯乙烯產(chǎn)品出廠。由于該表安裝于罐區(qū)現(xiàn)場，需要在遠程進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，但儀表出廠時沒有附加通信處理板，故該表不能進行數(shù)字通信。經(jīng)過與廠家聯(lián)系，確認在該表的31、32端子上提供了基于電流信號的HART通信，為了實現(xiàn)流量計的數(shù)據(jù)采集，在不增加成本的基礎上，只能考慮在電流口上采集信號了。該端口提供了4-20mA電流信號和HART信號，可以輸出瞬時流量、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]到計量人員需要同時觀察出廠苯乙烯的累計量、瞬時流量、溫度、密度等信號，以便在流量計工作過程中監(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的弊端，減少事故的發(fā)生，有必要在計算機上對該類儀表進行實時遠程監(jiān)控。
2 系統(tǒng)組成
苯乙烯出廠采集系統(tǒng)包括上位機、通信轉(zhuǎn)換適配器和流量計，由于采用了基于4-20mA的HART協(xié)議，必須要對電流信號進行轉(zhuǎn)換，以便計算機可以識別，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)結構如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結構圖
兩塊儀表分別用一對屏蔽電纜從31、32端口引到500米遠的計量室，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是否分開來確定，即區(qū)分變送器是兩線制還是四線制。二線制傳輸方式中，二根導線同時傳送變送器所需的電源和電流信號，目前大多數(shù)變送器均為二線制；四線制方式中，供電電源和變送器輸出信號分別用二根導線傳輸。由于ABB質(zhì)量流量計的變送器采用的是四線制，HART適配器端的接法如圖2所示。
圖2 HART適配器接線圖
3 HART協(xié)議
HART（HighwayAddressableRemoteTransduce）r，即可尋址遠程傳感器高速通道通信協(xié)議。HART信號傳輸是基于BELL202通信標準，采用FSK（頻移鍵控）方法，數(shù)字信號的傳送波特率為1200b/s，數(shù)字信號“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上一起傳送。由于FSK信號平均值為零，對模擬信號不會產(chǎn)生任何影響，HART屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過渡性產(chǎn)品。HART規(guī)定了3類命令，第1類稱為通用命令，這是所有設備都執(zhí)行的命令；第2類稱為一般行為命令，所提供的功能可以在許多現(xiàn)場設備中實現(xiàn)；第3類稱為特殊設備命令，以便于在某些設備中實現(xiàn)特殊功能。
HART工作于OSI網(wǎng)絡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、用戶數(shù)據(jù)以及校驗碼組成，HART幀又分為請求幀、應答幀和陣發(fā)幀。請求幀和應答幀的主要差別在于應答幀包含了數(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請求幀格式
圖4 HART應答幀格式
鏈路同步碼：HART協(xié)議采用2到20個十六進制的“FF”字節(jié)作為接收設備的同步信息，主設備可通過鏈路層管理命令設定同步字節(jié)個數(shù)，ABB流量計變送器采用的是8個“FF”組成的同步碼；定界符：表示HART幀的開始，定義了幀的類型及尋址格式。如長幀的請求幀定界符為“82”，應答幀定界符為“86”；命令號：表示現(xiàn)場儀表所要執(zhí)行的功能，命令號的有效范圍為0～255。常見的有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)長度：表示后續(xù)數(shù)據(jù)的長度，也是HART幀的結束位置，對于有的命令該字節(jié)總為0；響應碼：應答幀包含兩個字節(jié)的響應碼，前一字節(jié)表示數(shù)據(jù)通信狀態(tài)及現(xiàn)場儀表命令執(zhí)行結果，當最高位為1時，數(shù)據(jù)通信出錯，最高位為0時，表示現(xiàn)場儀表命令執(zhí)行結果成功；數(shù)據(jù)字節(jié)：表示與命令相關的數(shù)據(jù)；校驗碼：表示從定界符開始對所有字節(jié)進行異或運算，以確保通信無差錯。
為了加快采集速度，程序設計一開始用0號命令將兩臺變送器的設備地址取出來，分別放到兩個數(shù)組變量中。當連續(xù)用3號命令請求取數(shù)據(jù)時，可在命令幀中直接引用設備地址，就不必重復取設備地址，縮短了儀表的訪問時間。取得HART地址為“1”的變送器設備地址信息的請求幀如圖5所示。
返回的響應幀如下：
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
接下來進行變量采集，需要上述響應幀中的5個字節(jié)121300052D：其中12是制造廠代碼，13是設備類型，不同廠家的變送器該位是不同的。00052D是設備標識數(shù)的連續(xù)3個字節(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，最后921300052D序列作為3號命令的設備地址。圖6是采集1＃表的累計量、流量、溫度、密度等數(shù)據(jù)的請求幀：
由變送器返回的響應幀中，命令號“03”后第4個字節(jié)起，每5個字節(jié)為一組，分別對應變送器的溫度、密度、瞬時流量、累計量等各變量，每組變量中5個字節(jié)的末字節(jié)為計量單位代碼，可忽略。通過VisualBASIC程序?qū)⒚拷M中前4個字節(jié)的IEEE754格式的16進制轉(zhuǎn)成十進制小數(shù)，就可以顯示流量計的實時數(shù)據(jù)了。
4 結語
通過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3個月的運行，情況良好。采用本方案對于其他類型的沒有數(shù)字通信口，但有HART組態(tài)端口的儀表，具有推廣應用價值，在此基礎上還可以實現(xiàn)在遠程完成對儀表進行組態(tài)和調(diào)校的工作。
參考文獻
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