现场总线第四章HART通的信协议.ppt

本质安全技术 减少储能元件 双重冗余齐纳管 符合本质安全iaⅡCT1~6标准 软件模块划分 AD采样控制模块 AD-DA转换模块 HART链路层模块 HART命令层模块 键处理模块 AD-DA转换模块 查询后台AD定时采样 信号数字调理 粗大滤波 多点平均 温度补偿 线性补偿 基于HART协议系列变送器的软件设计 标准转换算法 一阶滤波 量程转换 DA输出值转换、限幅 DA输出值微调 DA输出 HART命令层的实现 读出制造厂、产品型号、产品序列号；读出主变量及单位；读出电流的输出及百分比输出；读出或写入8个字符的仪表位号，16个字符的仪表描述以及日期；读出或写入32个字符仪表信息；读出和写入变送器的量程、单位以及阻尼时间；读出或写入写入轮询地址；读出和写入变送类型（开方/线性）； 标定（设置零点和量程）；完成自检；完成主设备复位；微调主变量零点；微调DAC的零点和增益； 线性标定；温度标定；读出或写入开方小信号切除值；启动、停止或清除累积器；选择主变量（质量流量或密度）；读出或写入组态信息资料；微调传感器的标定； 基于HART协议系列变送器的软件设计 工作原理 差动电容式敏感元件将差压信号转换成相应的电压 传感器耗电0.8mA 传感器部分低功耗设计 模拟仪表12V供电，4mA 智能仪表5V供电，0.8mA 低功耗的运算放大器 温度补偿电路 基于HART协议的压力差压变送器的设计 非线性补偿 压力变送器传感器有很大的非线性 传感器特性曲线相似，一致性较好，可以通过数学模型的方式进行补偿； 按照国外同类产品的要求，必须通过0%、60%、100%、-60%、-100%五点进行非线性补偿 基于HART协议的压力差压变送器的设计 特征曲线的获取 测试20个传感器，获得一批实验数据； 对上述20组数据，分别求各组的最佳一致逼近多项式： y(x)=a3?x3+a2?x2+a1?x+a0 式中：y为实际压力，x为传感器输出 在上述20组多项式中，找出变化范围最小的一个系数，然后给定该系数； 试验中a3的变化范围：[-0.0373145，-0.0239532]，取平均数 基于HART协议的压力差压变送器的设计 由特征化给出三个点（量程的0%，60%和100%），即（x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)，根据这三个点决定的近似最佳一致逼近算式，计算误差(-1) (i-1)R=y(xi)?yi，(i=1,2,3) ： 在|R|取最小值时得出a0,a1,a2值； 试验得出 |R|=0.0001 基于HART协议的压力差压变送器的设计 由以上方程组可知，给定a3和R后便可求得a0,a1,a2。 近似的最佳一致逼近算法的特点 数学模型简单 精度较高，可以达到万分之二 运算速度快 数字滤波 4个数据的滑动平均滤波法 当量程比小于4：1时，滑动平均滤波程序 当量程比大于4：1时，将4个数据的和直接参与运算，相当于把采样值和量程扩大4倍，增加了量程转换的最后结果的有效位数，从而提高了量程转换的精度。 提高了量程转换的精度，跳码幅度减少了一半以上 特殊命令的实现 特征化命令 变送器类型和测量范围的选择 0-1.49KPa、7.46 KPa、37.29 KPa、186.45 KPa、689.5 KPa、2.068 MPa、6.895 MPa、20.68 MPa、41.37 MPa 性能 基本误差 0.1% 写保护 零点迁移 最大负迁移：工作量程的1100% 最大正迁移：工作量程的1000% 应用 完全与国外产品兼容 实现高低报警电流选择 与模拟仪表相比使用更方便、性能更佳 不必使用电位器进行零位、满量程的设置 基本误差达到0.1级 可远程进行维护和调校 工作原理 液位的变化使部分浸沉在液体中的浮筒所受浮力产生相应的变化 浮力的变化经过杠杆放大后由应变电桥转变为毫伏信号 电压信号由AD7715采样 传感器 应变电阻的灵敏度：1.5mV/V与供电电压成正比 采用应变电阻组成的电桥 放大了传感器信号 实现了一定的非线性补偿 实现了一定的温度漂移补偿 传感器经软件补偿后非线性度达0.05% 低电压和大负载电阻设计 最低工作电压9V 在24V供电时，可以驱动750Ω的负载电阻输出20mA 低电压和大负载电阻设计 分层供电 减小上层电压 采用3V的AD 采用低起始电压的恒流源 降低应变电桥的耗电 低电压和大负载电阻设计 解决了由于减低了应变电桥的供电电流，带来的输出差动电压信号减小引起的精度损耗 将AD7715的输入信号放大倍数设置为128倍 采用数字滤波技术 对一组八个采样数据去掉最大值和最小值再进行数字平均，处理后数字跳码率减少了一半以上 本质安全技术 针对分层方案的本质安全技术 双重冗余齐纳管保护