隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們逐漸的認(rèn)識到效益不再是#為重要的指標(biāo)而是安全。在化工廠、煉油廠、輸油點、采油點、鉆井平臺等行業(yè)的生產(chǎn)區(qū)域中存在著甲烷、乙烷、丙烷、硫化氫、一氧化碳等各種各樣的對人們有危險的氣體，它們可能會引起爆炸，可能致人死亡。因此能夠發(fā)現(xiàn)這些無形的隱患并將其控制或消滅是再好不過的了。因此在全shijie對這個問題關(guān)注起來的同時，基于HART協(xié)議的可燃?xì)怏w探測器也就應(yīng)運而生了。

 

1HART協(xié)議

HART協(xié)議是可尋址遠(yuǎn)程變送器數(shù)據(jù)通道協(xié)議的簡稱，是美國Rosement公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間雙向通信的協(xié)議規(guī)程。HART協(xié)議采用了美國貝爾實驗室的Rell202通信標(biāo)準(zhǔn)中的頻移鍵控FSK(FreguencyShiftKeying)技術(shù)，在傳統(tǒng)的4～20mA的直流模擬信號上疊加一個幅度為0．5mA的音頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通信。由于FSK信號的平均值為0，因此，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，從而保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性［1－2］。在HART協(xié)議通信中，主要的變量和控制信息由4～20mA傳送，在需要的情況下，其他如檢測、過程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)、診斷信息通過HART協(xié)議的數(shù)字信號傳輸。HART協(xié)議采用了ISO開放系統(tǒng)互連模型OSI的簡化為3層模型結(jié)構(gòu)，即地衣層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層［3－4］。

 

由HART通信協(xié)議構(gòu)成的現(xiàn)場總線(簡稱HF)系統(tǒng)采用主從工作方式。主機為1臺PC機或手持編程器(簡稱手操器);從機為1臺或多臺遵守HART協(xié)議的HF智能現(xiàn)場設(shè)備。當(dāng)從機只有1臺HF智能設(shè)備現(xiàn)場，即智能現(xiàn)場設(shè)備工作在點—點方式時，主要測量參數(shù)可繼續(xù)使用傳統(tǒng)的的4～20mA信號進(jìn)行模擬傳輸，其他的測量、診斷信息、調(diào)整和測試數(shù)據(jù)則用數(shù)字方式傳輸; 當(dāng)從機為多臺 HF 智能現(xiàn)場設(shè)備時，即智能現(xiàn)場設(shè)備工作在多站方式時，4 ～20 mA 信號作廢，每臺設(shè)備工作電流約為 4 mA。所有測量，診斷信息、調(diào)整和測量數(shù)據(jù)均用數(shù)字方式傳輸。由于每臺 HF 設(shè)備有非常好的編號，因此，主機能對每一臺設(shè)備進(jìn)行操作。當(dāng)工作在此模式下，滿足要求時，單個電源#多可#多遠(yuǎn)程供電 15 臺設(shè)備; 如果本地供電，可連接更多數(shù)量的設(shè)備。按照現(xiàn)場總線的定義，HART 通信協(xié)議并不完全符合現(xiàn)場總線的技術(shù)要求，可以說它并不是真正意義上的現(xiàn)場總線技術(shù)，只是模擬系統(tǒng)和數(shù)字總線之間的一種過渡措施。但它畢竟向現(xiàn)場總線邁近了一步。符合 HART 協(xié)議的現(xiàn)場總線儀表在不中斷過程信號傳輸?shù)那闆r下在同一模擬回路上同時進(jìn)行數(shù)字通信，使用戶獲得了診斷和維護(hù)的信息，以及更多的過程數(shù)據(jù)。經(jīng)過 28年的發(fā)展，HART 協(xié)議技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟，并已經(jīng)成為全球智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HART 協(xié)議構(gòu)成的現(xiàn)場總線系統(tǒng) HF 與傳統(tǒng)的 DCS 和真正意義的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS 的比較見表1。

2 可燃?xì)怏w報警器

可燃?xì)怏w報警器就是氣體泄露檢測報警儀器。當(dāng)工業(yè)環(huán)境中可燃或有毒氣體泄露時，氣體報警器檢測到氣體濃度達(dá)到爆炸或中毒報警器設(shè)置的臨界點時，可燃?xì)怏w報警器就會發(fā)出報警信號，以提醒工人采取安全措施，并驅(qū)動排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故，從而保障安全生產(chǎn)�？扇�?xì)怏w報警器#初主要用于監(jiān)測礦井中的瓦斯氣體; 后來隨著石油化工的發(fā)展，安全防暴問題逐步地引起人們的重視，此類儀表也被用于監(jiān)測石油化工中的可燃?xì)怏w泄漏及滯留情況，儀表性能也越來越趨于完善、可靠。

 

我國采用的可燃?xì)怏w探測器#初主要從國外進(jìn)口，后來煤礦安全保護(hù)研究機構(gòu)與一些儀表廠合作，研制出利用氣敏導(dǎo)體檢測元件的儀表，并逐漸用于石油化工中。

 

2．1 可燃?xì)怏w探測器分類

按照使用環(huán)境可以分為工業(yè)用氣體報警器和家用燃?xì)鈭缶�器，按自身形態(tài)可分為固定式可燃?xì)怏w報警器和便攜式可燃?xì)怏w報警器，按工作原理分為催化型、紅外光學(xué)型兩種類型。工業(yè)用固定式可燃?xì)怏w報警器由報警控制器和探測器組成，控制器可放置于值班室內(nèi)，主要對各監(jiān)測點進(jìn)行控制，探測器安裝于可燃?xì)怏w#易泄露的地點，其核心部件為內(nèi)置的可燃?xì)怏w傳感器，傳感器檢測空氣中氣體的濃度。探測器將傳感器檢測到的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號，通過線纜傳輸?shù)娇刂破鳎瑲怏w濃度越高，電信號越強，當(dāng)氣體濃度達(dá)到或超過報警控制器設(shè)置的報警點時，報警器發(fā)出報警信號，并可啟動電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設(shè)備，自動排除隱患［5 －6］ 。

 

便攜式可燃?xì)怏w報警器為手持式，工作人員可隨身攜帶，檢測不同地點的可燃?xì)怏w濃度，便攜式氣體檢測儀集控制器，探測器于一體，小巧靈活。與固定式氣體報警器相比主要區(qū)別是便攜式氣體檢測儀不能外聯(lián)其他設(shè)備。家用可燃?xì)怏w探測器也可以叫做燃?xì)鈭缶�器，主要用于檢測家庭煤氣泄漏。

 

2．2 可燃?xì)怏w探測器工作原理 ［7 －10］

催化型可燃?xì)怏w探測器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來測定可燃?xì)怏w濃度。當(dāng)可燃?xì)怏w進(jìn)入探測器時，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng)( 無焰燃燒) ，其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化。紅外光學(xué)型是利用紅外傳感器通過紅外線光源的吸收原理來檢測現(xiàn)場環(huán)境的碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w。

紅外線可燃?xì)怏w探測器屬于無干擾智能型產(chǎn)品，具有良好的安全性能，操作靈活簡便。這種探測器的一個主要的特點是它的自動校準(zhǔn)功能，可以通過帶背光的液晶顯示屏上的提示一步步地引導(dǎo)操作者進(jìn)行校準(zhǔn)。紅外線氣體探測器提供三種不同的輸出方式: 模擬信號 4 ～20 mA 直流電; RS －485 通訊接口及 3個繼電器( 兩個報警，一個故障自檢) ，可對警鈴進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試和編程。這些不同的輸出方式為系統(tǒng)建立提供了#大的靈活性。則只提供 4 ～20 mA 直流電的輸出�？刂齐娐芬晕⑻幚硇酒瑸榛�礎(chǔ)，封裝成一個即插型模塊并被連在標(biāo)準(zhǔn)的連接模板上。傳感器及信號發(fā)生器被安裝在一個防爆機殼內(nèi)，機殼上有玻璃罩。帶有背光的數(shù)字顯示屏既可顯示傳感器讀數(shù)也可在編程時顯示菜單功能。

3 現(xiàn)場可燃?xì)怏w探測器檢測

現(xiàn)場用羅斯蒙特 475 手操器對德爾格的探頭進(jìn)行檢驗，手操器如圖 3。

3．1 使用手操器的意義

HART 通訊手操器用來與所有流行 HART 智能變送器直接通信，作為一臺多功能手操器使用，用于維護(hù)和診斷 HART 儀表。使用它幾乎可用來完成所有的現(xiàn)場儀表檢修調(diào)試工作，包括故障診斷，日常檢修，開車調(diào)試，校準(zhǔn)等。

 

3．2 手操器的作用

羅斯蒙特的 475 型手操器支持 HART 協(xié)議，因此只要是支持 HART 協(xié)議的電氣儀表，例如可燃?xì)怏w報警器、火焰探測器、溫度變送器等都可以利用此手操器進(jìn)行人機對話，對這類儀表進(jìn)行故障診斷，日常檢修，開車調(diào)試，校準(zhǔn)等工作。例如使用手操器對支持 HART 協(xié)議的可燃?xì)怏w探測器進(jìn)行檢驗:

 

3．3 手操器得的應(yīng)用

例如海洋采油廠某海上平臺上配備的德爾格 Polytron 2 IR－334 型紅外可燃?xì)怏w探測器( 圖 2) ，要求對其零點漂移、示值誤差做主要檢驗項目。

 

操作步驟如下:

( 1) 用專用的四針連接線連接可燃?xì)怏w探測器接口( 圖 3) ，后打開手操器。

( 2) 在手操器上依次選擇菜單項“Online”、“Process Varia-bles”來查看探測器的過程變量的變化。

( 3) 在“Process Variables”下觀察: 在沒有通標(biāo)準(zhǔn)氣的情況下零點是否顯示零: 如果顯示零則說明該探測器零點未發(fā)生漂移;如果不為零則說明零點發(fā)生漂移，需對探測器進(jìn)行調(diào)零。

( 4) 探測器調(diào)零: 依次選擇菜單項“Online”—“Diag AndService”—“Calibration”—“Sensor Trim”—“Zero Tirm”進(jìn)行調(diào)零工作。

( 5) 調(diào)零完畢后返回“Process Variables”下再觀察: 通入50%LEL 的標(biāo)準(zhǔn)甲烷氣體，看過程變量的數(shù)值變化: 如果數(shù)值顯示 50%LEL 則說明探測器示值準(zhǔn)確; 否則為示值有誤差，需要校準(zhǔn)。

( 6) 探測器示值校準(zhǔn): 依次選擇菜單項“Online”—“Diag AndService”—“Calibration”—“Sensor Trim”—“Span”進(jìn)行校準(zhǔn)工作。要說明的是在現(xiàn)場校驗操作時連接到探測器上后“Sensor Trim”中的“Lower Sensor Trim”、“ Upper Sensor Trim”、“Snsr Trim CalType”、“Sensor Trim Points”四項均顯示為“Span”項。

 

4 結(jié) 語

利用 HART 協(xié)議的手操器，我們可以實現(xiàn)對支持 HART 協(xié)議的電氣儀表的故障診斷，日常檢修，開車調(diào)試，校準(zhǔn)等工作的開展，并且其人性化的設(shè)計更好的實現(xiàn)了人機對話功能，即便在苛刻的檢測環(huán)境下也可進(jìn)行工作。但由于其只適用于支持HART 協(xié)議的電氣儀表，所以適用范圍還是受到了一定的限制，而且 HART 協(xié)議技術(shù)在現(xiàn)在看來也是傳統(tǒng)的 DCS 向真正意義的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)過渡的中間橋梁，HART 手操器在可燃?xì)怏w探測器校驗方面會隨著 HART 協(xié)議可燃?xì)怏w探測器的發(fā)展有很好的應(yīng)用前景。

 

相關(guān)產(chǎn)品tuijian：HART475手操器