隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們逐漸的認(rèn)識(shí)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(diǎn)、采油點(diǎn)、鉆井平臺(tái)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(duì)人們有危險(xiǎn)的氣體，它們可能會(huì)引起爆炸，可能致人死亡。因此能夠發(fā)現(xiàn)這些無(wú)形的隱患并將其控制或消滅是再好不過(guò)的了。因此在全shijie對(duì)這個(gè)問題關(guān)注起來(lái)的同時(shí)，基于HART協(xié)議的可燃?xì)怏w探測(cè)器也就應(yīng)運(yùn)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(jiǎn)稱，是美國(guó)Rosement公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場(chǎng)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(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)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(hào)上疊加一個(gè)幅度為0．5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通信。由于FSK信號(hào)的平均值為0，因此，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號(hào)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(cè)、過(guò)程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)、診斷信息通過(guò)HART協(xié)議的數(shù)字信號(hào)傳輸。HART協(xié)議采用了ISO開放系統(tǒng)互連模型OSI的簡(jiǎn)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(chǎng)總線(簡(jiǎn)稱HF)系統(tǒng)采用主從工作方式。主機(jī)為1臺(tái)PC機(jī)或手持編程器(簡(jiǎn)稱手操器);從機(jī)為1臺(tái)或多臺(tái)遵守HART協(xié)議的HF智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。當(dāng)從機(jī)只有1臺(tái)HF智能設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，即智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作在點(diǎn)—點(diǎn)方式時(shí)，主要測(cè)量參數(shù)可繼續(xù)使用傳統(tǒng)的的4～20mA信號(hào)進(jìn)行模擬傳輸，其他的測(cè)量、診斷信息、調(diào)整和測(cè)試數(shù)據(jù)則用數(shù)字方式傳輸; 當(dāng)從機(jī)為多臺(tái) HF 智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，即智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作在多站方式時(shí)，4 ～20 mA 信號(hào)作廢，每臺(tái)設(shè)備工作電流約為 4 mA。所有測(cè)量，診斷信息、調(diào)整和測(cè)量數(shù)據(jù)均用數(shù)字方式傳輸。由于每臺(tái) HF 設(shè)備有非常好的編號(hào)，因此，主機(jī)能對(duì)每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行操作。當(dāng)工作在此模式下，滿足要求時(shí)，單個(gè)電源#多可#多遠(yuǎn)程供電 15 臺(tái)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(chǎng)總線的定義，HART 通信協(xié)議并不完全符合現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)要求，可以說(shuō)它并不是真正意義上的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，只是模擬系統(tǒng)和數(shù)字總線之間的一種過(guò)渡措施。但它畢竟向現(xiàn)場(chǎng)總線邁近了一步。符合 HART 協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表在不中斷過(guò)程信號(hào)傳輸?shù)那闆r下在同一模擬回路上同時(shí)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(guò)程數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò) 28年的發(fā)展，HART 協(xié)議技術(shù)在國(guó)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(chǎng)總線系統(tǒng) HF 與傳統(tǒng)的 DCS 和真正意義的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS 的比較見表1。

2 可燃?xì)怏w報(bào)警器

可燃?xì)怏w報(bào)警器就是氣體泄露檢測(cè)報(bào)警儀器。當(dāng)工業(yè)環(huán)境中可燃或有毒氣體泄露時(shí)，氣體報(bào)警器檢測(cè)到氣體濃度達(dá)到爆炸或中毒報(bào)警器設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)，可燃?xì)怏w報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒工人采取安全措施，并驅(qū)動(dòng)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(bào)警器#初主要用于監(jiān)測(cè)礦井中的瓦斯氣體; 后來(lái)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(cè)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(lái)越趨于完善、可靠。

 

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

 

2．1 可燃?xì)怏w探測(cè)器分類

按照使用環(huán)境可以分為工業(yè)用氣體報(bào)警器和家用燃?xì)鈭?bào)警器，按自身形態(tài)可分為固定式可燃?xì)怏w報(bào)警器和便攜式可燃?xì)怏w報(bào)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(bào)警器由報(bào)警控制器和探測(cè)器組成，控制器可放置于值班室內(nèi)，主要對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制，探測(cè)器安裝于可燃?xì)怏w#易泄露的地點(diǎn)，其核心部件為內(nèi)置的可燃?xì)怏w傳感器，傳感器檢測(cè)空氣中氣體的濃度。探測(cè)器將傳感器檢測(cè)到的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)線纜傳輸?shù)娇刂破�，氣體濃度越高，電信號(hào)越強(qiáng)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到或超過(guò)報(bào)警控制器設(shè)置的報(bào)警點(diǎn)時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并可啟動(dòng)電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設(shè)備，自動(dòng)排除隱患［5 －6］ 。

 

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

 

2．2 可燃?xì)怏w探測(cè)器工作原理 ［7 －10］

催化型可燃?xì)怏w探測(cè)器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來(lái)測(cè)定可燃?xì)怏w濃度。當(dāng)可燃?xì)怏w進(jìn)入探測(cè)器時(shí)，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng)( 無(wú)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(guò)紅外線光源的吸收原理來(lái)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w。

紅外線可燃?xì)怏w探測(cè)器屬于無(wú)干擾智能型產(chǎn)品，具有良好的安全性能，操作靈活簡(jiǎn)便。這種探測(cè)器的一個(gè)主要的特點(diǎn)是它的自動(dòng)校準(zhǔn)功能，可以通過(guò)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(cè)器提供三種不同的輸出方式: 模擬信號(hào) 4 ～20 mA 直流電; RS －485 通訊接口及 3個(gè)繼電器( 兩個(gè)報(bào)警，一個(gè)故障自檢) ，可對(duì)警鈴進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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。控制電路以微處理芯片為基礎(chǔ)，封裝成一個(gè)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(hào)發(fā)生器被安裝在一個(gè)防爆機(jī)殼內(nèi)，機(jī)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(shí)顯示菜單功能。

3 現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w探測(cè)器檢測(cè)

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

3．1 使用手操器的意義

HART 通訊手操器用來(lái)與所有流行 HART 智能變送器直接通信，作為一臺(tái)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(lái)完成所有的現(xiàn)場(chǎng)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(bào)警器、火焰探測(cè)器、溫度變送器等都可以利用此手操器進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，對(duì)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(duì)支持 HART 協(xié)議的可燃?xì)怏w探測(cè)器進(jìn)行檢驗(yàn):

 

3．3 手操器得的應(yīng)用

例如海洋采油廠某海上平臺(tái)上配備的德爾格 Polytron 2 IR－334 型紅外可燃?xì)怏w探測(cè)器( 圖 2) ，要求對(duì)其零點(diǎn)漂移、示值誤差做主要檢驗(yàn)項(xiàng)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(cè)器接口( 圖 3) ，后打開手操器。

( 2) 在手操器上依次選擇菜單項(xiàng)“Online”、“Process Varia-bles”來(lái)查看探測(cè)器的過(guò)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(diǎn)是否顯示零: 如果顯示零則說(shuō)明該探測(cè)器零點(diǎn)未發(fā)生漂移;如果不為零則說(shuō)明零點(diǎn)發(fā)生漂移，需對(duì)探測(cè)器進(jìn)行調(diào)零。

( 4) 探測(cè)器調(diào)零: 依次選擇菜單項(xiàng)“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(guò)程變量的數(shù)值變化: 如果數(shù)值顯示 50%LEL 則說(shuō)明探測(cè)器示值準(zhǔn)確; 否則為示值有誤差，需要校準(zhǔn)。

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

 

4 結(jié) 語(yǔ)

利用 HART 協(xié)議的手操器，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)更好的實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話功能，即便在苛刻的檢測(cè)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(lái)也是傳統(tǒng)的 DCS 向真正意義的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)過(guò)渡的中間橋梁，HART 手操器在可燃?xì)怏w探測(cè)器校驗(yàn)方面會(huì)隨著 HART 協(xié)議可燃?xì)怏w探測(cè)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