隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們逐漸的認(rèn)識到效益不再是#為重要的指標(biāo)而是安全。在化工廠、煉油廠、輸油點、采油點、鉆井平臺等行業(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(fā)現(xiàn)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shijie對這個問題關(guān)注起來的同時，基于HART協(xié)議的可燃氣體探測器也就應(yīng)運而生了。

 

1HART協(xié)議

HART協(xié)議是可尋址遠程變送器數(shù)據(jù)通道協(xié)議的簡稱，是美國Rosement公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場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)議采用了美國貝爾實驗室的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的直流模擬信號上疊加一個幅度為0．5mA的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)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(tǒng)模擬信號的大小，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、過程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)、診斷信息通過HART協(xié)議的數(shù)字信號傳輸。HART協(xié)議采用了ISO開放系統(tǒng)互連模型OSI的簡化為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)場總線(簡稱HF)系統(tǒng)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(xié)議的HF智能現(xiàn)場設(shè)備。當(dāng)從機只有1臺HF智能設(shè)備現(xiàn)場，即智能現(xiàn)場設(shè)備工作在點—點方式時，主要測量參數(shù)可繼續(xù)使用傳統(tǒng)的的4～20mA信號進行模擬傳輸，其他的測量、診斷信息、調(diào)整和測試數(shù)據(jù)則用數(shù)字方式傳輸; 當(dāng)從機為多臺 HF 智能現(xiàn)場設(shè)備時，即智能現(xiàn)場設(shè)備工作在多站方式時，4 ～20 mA 信號作廢，每臺設(shè)備工作電流約為 4 mA。所有測量，診斷信息、調(diào)整和測量數(shù)據(jù)均用數(shù)字方式傳輸。由于每臺 HF 設(shè)備有非常好的編號，因此，主機能對每一臺設(shè)備進行操作。當(dāng)工作在此模式下，滿足要求時，單個電源#多可#多遠程供電 15 臺設(shè)備; 如果本地供電，可連接更多數(shù)量的設(shè)備。按照現(xiàn)場總線的定義，HART 通信協(xié)議并不完全符合現(xiàn)場總線的技術(shù)要求，可以說它并不是真正意義上的現(xiàn)場總線技術(shù)，只是模擬系統(tǒng)和數(shù)字總線之間的一種過渡措施。但它畢竟向現(xiàn)場總線邁近了一步。符合 HART 協(xié)議的現(xiàn)場總線儀表在不中斷過程信號傳輸?shù)那闆r下在同一模擬回路上同時進行數(shù)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(shù)據(jù)。經(jīng)過 28年的發(fā)展，HART 協(xié)議技術(shù)在國外已經(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)場總線系統(tǒng) HF 與傳統(tǒng)的 DCS 和真正意義的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS 的比較見表1。

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(dāng)工業(yè)環(huán)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(shè)置的臨界點時，可燃氣體報警器就會發(fā)出報警信號，以提醒工人采取安全措施，并驅(qū)動排風(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)�？扇細怏w報警器#初主要用于監(jiān)測礦井中的瓦斯氣體; 后來隨著石油化工的發(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#初主要從國外進口，后來煤礦安全保護研究機構(gòu)與一些儀表廠合作，研制出利用氣敏導(dǎo)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(huán)境可以分為工業(yè)用氣體報警器和家用燃氣報警器，按自身形態(tài)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(xué)型兩種類型。工業(yè)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(nèi)，主要對各監(jiān)測點進行控制，探測器安裝于可燃氣體#易泄露的地點，其核心部件為內(nèi)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(zhuǎn)換成電信號，通過線纜傳輸?shù)娇刂破�，氣體濃度越高，電信號越強，當(dāng)氣體濃度達到或超過報警控制器設(shè)置的報警點時，報警器發(fā)出報警信號，并可啟動電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設(shè)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(qū)別是便攜式氣體檢測儀不能外聯(lián)其他設(shè)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(dāng)可燃氣體進入探測器時，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng)( 無焰燃燒) ，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紅外線光源的吸收原理來檢測現(xiàn)場環(huán)境的碳氫類可燃氣體。

紅外線可燃氣體探測器屬于無干擾智能型產(chǎn)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(zhǔn)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(dǎo)操作者進行校準(zhǔn)。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(xiàn)場調(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�？刂齐娐芬晕⑻幚硇酒瑸榛�礎(chǔ)，封裝成一個即插型模塊并被連在標(biāo)準(zhǔn)的連接模板上。傳感器及信號發(fā)生器被安裝在一個防爆機殼內(nèi)，機殼上有玻璃罩。帶有背光的數(shù)字顯示屏既可顯示傳感器讀數(shù)也可在編程時顯示菜單功能。

3 現(xiàn)場可燃氣體探測器檢測

現(xiàn)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。

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(xiàn)場儀表檢修調(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(diào)試，校準(zhǔn)等工作。例如使用手操器對支持 HART 協(xié)議的可燃氣體探測器進行檢驗:

 

3．3 手操器得的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(fā)生漂移;如果不為零則說明零點發(fā)生漂移，需對探測器進行調(diào)零。

( 4) 探測器調(diào)零: 依次選擇菜單項“Online”—“Diag AndService”—“Calibration”—“Sensor Trim”—“Zero Tirm”進行調(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，看過程變量的數(shù)值變化: 如果數(shù)值顯示 50%LEL 則說明探測器示值準(zhǔn)確; 否則為示值有誤差，需要校準(zhǔn)。

( 6) 探測器示值校準(zhǔn): 依次選擇菜單項“Online”—“Diag AndService”—“Calibration”—“Sensor Trim”—“Span”進行校準(zhǔn)工作。要說明的是在現(xiàn)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(jié) 語

利用 HART 協(xié)議的手操器，我們可以實現(xiàn)對支持 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)計更好的實現(xiàn)了人機對話功能，即便在苛刻的檢測環(huán)境下也可進行工作。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)在看來也是傳統(tǒng)的 DCS 向真正意義的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)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(xié)議可燃氣體探測器的發(fā)展有很好的應(yīng)用前景。

 

相關(guān)產(chǎn)品tuijian：HART475手操器