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HART手操器在可燃氣體探測器檢驗方面的應用

作時間:2018-10-22  來源:  作者:
   

 摘要:簡要介紹了HART通信協議的構成、可燃氣體探測器的工作原理及HART手操器在可燃氣體探測器校驗中的應用。認為HART手操器校驗可燃氣體探測器方便、實用,隨著HART可燃氣體探測器的發展具有很好的應用前景。KLo壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
隨著現代工業的發展,人們逐漸的認識到效益不再是非常為重要的指標而是安全。在化工廠、煉油廠、輸油點、采油點、鉆井平臺等行業的生產區域中存在著甲烷、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。因此能夠發現這些無形的隱患并將其控制或消滅是再好不過的了。因此在全世界對這個問題關注起來的同時,基于HART協議的可燃氣體探測器也就應運而生了。
 
1HART協議
HART協議是可尋址遠程變送器數據通道協議的簡稱,是美國Rosement公司于1985年推出的一種用于現場智能儀表和控制室設備之間雙向通信的協議規程。HART協議采用了美國貝爾實驗室的Rell202通信標準中的頻移鍵控FSK(FreguencyShiftKeying)技術,在傳統的4~20mA的直流模擬信號上疊加一個幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通信。由于FSK信號的平均值為0,因此,不影響傳送給控制系統模擬信號的大小,從而保證了與現有模擬系統的兼容性[1-2]。在HART協議通信中,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、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議的數字信號傳輸。HART協議采用了ISO開放系統互連模型OSI的簡化為3層模型結構,即第一層物理層,第二層數據鏈路層和第七層應用層[3-4]。
 
由HART通信協議構成的現場總線(簡稱HF)系統采用主從工作方式。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協議的HF智能現場設備。當從機只有1臺HF智能設備現場,即智能現場設備工作在點—點方式時,主要測量參數可繼續使用傳統的的4~20mA信號進行模擬傳輸,其他的測量、診斷信息、調整和測試數據則用數字方式傳輸; 當從機為多臺 HF 智能現場設備時,即智能現場設備工作在多站方式時,4 ~20 mA 信號作廢,每臺設備工作電流約為 4 mA。所有測量,診斷信息、調整和測量數據均用數字方式傳輸。由于每臺 HF 設備有非常好的編號,因此,主機能對每一臺設備進行操作。當工作在此模式下,滿足要求時,單個電源非常多可非常多遠程供電 15 臺設備; 如果本地供電,可連接更多數量的設備。按照現場總線的定義,HART 通信協議并不完全符合現場總線的技術要求,可以說它并不是真正意義上的現場總線技術,只是模擬系統和數字總線之間的一種過渡措施。但它畢竟向現場總線邁近了一步。符合 HART 協議的現場總線儀表在不中斷過程信號傳輸的情況下在同一模擬回路上同時進行數字通信,使用戶獲得了診斷和維護的信息,以及更多的過程數據。經過 28年的發展,HART 協議技術在國外已經十分成熟,并已經成為全球智能儀表的工業標準。HART 協議構成的現場總線系統 HF 與傳統的 DCS 和真正意義的現場總線控制系統 FCS 的比較見表1。
各種通訊協議比較
2 可燃氣體報警器
可燃氣體報警器就是氣體泄露檢測報警儀器。當工業環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到爆炸或中毒報警器設置的臨界點時,可燃氣體報警器就會發出報警信號,以提醒工人采取安全措施,并驅動排風、切斷、噴淋系統,防止發生爆炸、火災、中毒事故,從而保障安全生產?扇細怏w報警器非常初主要用于監測礦井中的瓦斯氣體; 后來隨著石油化工的發展,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測石油化工中的可燃氣體泄漏及滯留情況,儀表性能也越來越趨于完善、可靠。
 
我國采用的可燃氣體探測器非常初主要從國外進口,后來煤礦安全保護研究機構與一些儀表廠合作,研制出利用氣敏導體檢測元件的儀表,并逐漸用于石油化工中。
 
2.1 可燃氣體探測器分類
按照使用環境可以分為工業用氣體報警器和家用燃氣報警器,按自身形態可分為固定式可燃氣體報警器和便攜式可燃氣體報警器,按工作原理分為催化型、紅外光學型兩種類型。工業用固定式可燃氣體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,主要對各監測點進行控制,探測器安裝于可燃氣體非常易泄露的地點,其核心部件為內置的可燃氣體傳感器,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換成電信號,通過線纜傳輸到控制器,氣體濃度越高,電信號越強,當氣體濃度達到或超過報警控制器設置的報警點時,報警器發出報警信號,并可啟動電磁閥、排氣扇等外聯設備,自動排除隱患[5 -6] 。
 
便攜式可燃氣體報警器為手持式,工作人員可隨身攜帶,檢測不同地點的可燃氣體濃度,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別是便攜式氣體檢測儀不能外聯其他設備。家用可燃氣體探測器也可以叫做燃氣報警器,主要用于檢測家庭煤氣泄漏。
 
2.2 可燃氣體探測器工作原理 [7 -10]
催化型可燃氣體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氣體濃度。當可燃氣體進入探測器時,在鉑絲表面引起氧化反應( 無焰燃燒) ,其產生的熱量使鉑絲的溫度升高,而鉑絲的電阻率便發生變化。紅外光學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場環境的碳氫類可燃氣體。
紅外線可燃氣體探測器
紅外線可燃氣體探測器屬于無干擾智能型產品,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操作者進行校準。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) ,可對警鈴進行現場調試和編程。這些不同的輸出方式為系統建立提供了非常大的靈活性。則只提供 4 ~20 mA 直流電的輸出?刂齐娐芬晕⑻幚硇酒瑸榛A,封裝成一個即插型模塊并被連在標準的連接模板上。傳感器及信號發生器被安裝在一個防爆機殼內,機殼上有玻璃罩。帶有背光的數字顯示屏既可顯示傳感器讀數也可在編程時顯示菜單功能。
數據傳輸接口
3 現場可燃氣體探測器檢測
現場用羅斯蒙特 475 手操器對德爾格的探頭進行檢驗,手操器如圖 3。
羅斯蒙特 475 手操器
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,用于維護和診斷 HART 儀表。使用它幾乎可用來完成所有的現場儀表檢修調試工作,包括故障診斷,日常檢修,開車調試,校準等。
 
3.2 手操器的作用
羅斯蒙特的 475 型手操器支持 HART 協議,因此只要是支持 HART 協議的電氣儀表,例如可燃氣體報警器、火焰探測器、溫度變送器等都可以利用此手操器進行人機對話,對這類儀表進行故障診斷,日常檢修,開車調試,校準等工作。例如使用手操器對支持 HART 協議的可燃氣體探測器進行檢驗:
 
3.3 手操器得的應用
例如海洋采油廠某海上平臺上配備的德爾格 Polytron 2 IR-334 型紅外可燃氣體探測器( 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氣體探測器接口( 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: 在沒有通標準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生漂移;如果不為零則說明零點發生漂移,需對探測器進行調零。
( 4) 探測器調零: 依次選擇菜單項“Online”—“Diag AndService”—“Calibration”—“Sensor Trim”—“Zero Tirm”進行調零工作。
( 5) 調零完畢后返回“Process Variables”下再觀察: 通入50%LEL 的標準甲烷氣體,看過程變量的數值變化: 如果數值顯示 50%LEL 則說明探測器示值準確; 否則為示值有誤差,需要校準。
( 6) 探測器示值校準: 依次選擇菜單項“Online”—“Diag AndService”—“Calibration”—“Sensor Trim”—“Span”進行校準工作。要說明的是在現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 語
利用 HART 協議的手操器,我們可以實現對支持 HART 協議的電氣儀表的故障診斷,日常檢修,開車調試,校準等工作的開展,并且其人性化的設計更好的實現了人機對話功能,即便在苛刻的檢測環境下也可進行工作。但由于其只適用于支持HART 協議的電氣儀表,所以適用范圍還是受到了一定的限制,而且 HART 協議技術在現在看來也是傳統的 DCS 向真正意義的現場總線控制系統過渡的中間橋梁,HART 手操器在可燃氣體探測器校驗方面會隨著 HART 協議可燃氣體探測器的發展有很好的應用前景。
 
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