电磁流量计手操器的设计

　　0　引言

　　电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律测量导电流体的体积流量的仪表。由于安装位置的限制,在调试时采用手操器读取仪表内各参数以判断运行情况就成了电磁流量计应用的一大趋势。

　　现场总线技术是当前自动检测技术及过程控制领域的热点之一,通过现场总线,数字通信技术正在给现场仪表及过程控制系统带来巨大变革。但目前基于4~20mA的模拟设备还广泛应用于工业控制各个领域,实现全数字化还不现实。为实现从模拟到全数字的过渡,美国Rosemount公司于1985年推出了一种用于现场智能仪表与控制设备之间的通信协议—HART协议。HART协议兼容模拟电流信号及数字通信信号,既可进行模拟信号传输,又能进行数字通信。作为一个开放性协议,经过十年多的发展,HART协议已广泛为智能仪表领域所接受。

　　HART通信最广泛的应用是现场智能仪表与手持终端之间的通信。但手持终端并不适用于操作人员做常规监控,也不能实现用户自编程序的自动控制过程,本文针对这种情况设计了一种操作方便、能满足用户特殊要求、符合HART通信标准的电磁流量计手操器,并在现场测试中得到了实现。

　　1　HART协议结构模型简介

　　HART协议采用在4~20mA模拟信号上叠加音频数字信号的方法进行双向数字通信,不会影响传送的系统模拟信号大小,保证了与现有模拟系统的兼容性。HART协议遵循ISO制订的OSI开放式系统互连参考模型中的第一层、第二层、第七层,即物理层、数据链路层和应用层(见图1)。

　　1.1　物理层

　　物理层规定了信号的传输方法和传输媒质。HART通信传输基于Bell202通信标准,采用频移键控—FSK方法,传递波特率设定为1200bps,数字信号“0”和“1”分别用“2200Hz”和“1200Hz”的正弦波表示,这些频率叠加在模拟信号上传递。由于FSK信号平均值为0,不影响模拟信号传输,传输介质通常采用双绞电缆线,最大传输距离为1500m(见图2)。

　　1.2　数据链路层

　　数据链路层规定了HART帧的格式,实现建立、维护、终结链路通信功能。HART协议采用自动重复请求发送机制,根据冗余纠错码信息实现通信数据的无差错传递。

　　HART协议采用2~20个“FF”作为给接收设备的同步信息,所有主设备、从设备发送的帧均以一定数目的“FF”字节开头,这些信号在物理层的协议实现中用于对调制解调电路系统进行预同步。通常HART协议按主从方式通信,通信由主设备发起,从设备先听后答。在点到点的通信中,电磁流量计手操器即为主,电磁流量计即为从。HART帧以8位(1字节)进行编码,对每字节加上起始位、奇偶校验位及1位停止位共11位传递,保证了每个字节数据传输的同步。