摘 要：通過ABB公司的FCM2000質量流量計的使用，介紹了利用變送器組態端口，在HART協議基礎上，將4-20mA電流信號經過HART適配器解調成計算機可以識別的數字信號，通過RS485/RS232轉換器引入計算機，提供流量計數據采集問題的方法。

關鍵字：ABB 質量流量計 HART 通信 幀

    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質量流量計，一臺是苯原料進廠，另一臺是苯乙烯產品出廠。由于該表安裝于罐區現場，需要在遠程進行數據采集和監控，但儀表出廠時沒有附加通信處理板，故該表不能進行數字通信。經過與廠家聯系，確認在該表的31、32端子上提供了基于電流信號的HART通信，為了實現流量計的數據采集，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、儀表系數等信息，一般僅用于275、375手操器組態用。考慮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督工藝情況，了解是否有氣化、抽空等情況發生。為了克服人工抄表帶來的弊端，減少事故的發生，有必要在計算機上對該類儀表進行實時遠程監控。

    2 系統組成

    苯乙烯出廠采集系統包括上位機、通信轉換適配器和流量計，由于采用了基于4-20mA的HART協議，必須要對電流信號進行轉換，以便計算機可以識別，為此系統采用了某電子公司生產的SM100-BHART協議轉RS485智能適配器。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

    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變送器供電電源和信號是否分開來確定，即區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協議

    HART（HighwayAddressableRemoteTransduce）r，即可尋址遠程傳感器高速通道通信協議。HART信號傳輸是基于BELL202通信標準，采用FSK（頻移鍵控）方法，數字信號的傳送波特率為1200b/s，數字信號“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，對模擬信號不會產生任何影響，HART屬于模擬系統向數字系統轉變的過渡性產品。HART規定了3類命令，第1類稱為通用命令，這是所有設備都執行的命令；第2類稱為一般行為命令，所提供的功能可以在許多現場設備中實現；第3類稱為特殊設備命令，以便于在某些設備中實現特殊功能。

    HART工作于OSI網絡7層協議的數據鏈路層，其協議規定了數據通信是以幀的格式傳送，HART幀由鏈路同步信息、地址信息、用戶數據以及校驗碼組成，HART幀又分為請求幀、應答幀和陣發幀。請求幀和應答幀的主要差別在于應答幀包含了數據通信狀態和變送器的工作狀態，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協議采用2到20個十六進制的“FF”字節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個數，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：表示現場儀表所要執行的功能，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、密度等變量數據；字節長度：表示后續數據的長度，也是HART幀的結束位置，對于有的命令該字節總為0；響應碼：應答幀包含兩個字節的響應碼，前一字節表示數據通信狀態及現場儀表命令執行結果，當最高位為1時，數據通信出錯，最高位為0時，表示現場儀表命令執行結果成功；數據字節：表示與命令相關的數據；校驗碼：表示從定界符開始對所有字節進行異或運算，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，分別放到兩個數組變量中。當連續用3號命令請求取數據時，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。

圖5

圖6    

    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是設備標識數的連續3個字節，00是高位，2D是低位。12還要加上80變成92表示發送方為主機，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、密度等數據的請求幀：

    由變送器返回的響應幀中，命令號“03”后第4個字節起，每5個字節為一組，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個字節的末字節為計量單位代碼，可忽略。通過VisualBASIC程序將每組中前4個字節的IEEE754格式的16進制轉成十進制小數，就可以顯示流量計的實時數據了。

    4 結語

    通過HART模塊將ABB儀表的數據采集到系統，充分利用了現有儀表資源，降低了成本，經過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字通信口，但有HART組態端口的儀表，具有推廣應用價值，在此基礎上還可以實現在遠程完成對儀表進行組態和調校的工作。

    參考文獻

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