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3051智能壓力變送器應(yīng)用于建于70年代后期的東營(yíng)至臨邑輸油管道, 所使用的壓力表均為就地顯示儀表, 調(diào)度員只能通過(guò)崗位值班人員的定時(shí)匯報(bào)來(lái)了解管道的運(yùn)行情況。有時(shí)因值班人員疏忽大意, 難免會(huì)產(chǎn)生讀數(shù)誤差, 優(yōu)化運(yùn)行受到影響。建于􀀁􀀂80年代的東營(yíng)至黃島復(fù)線采用當(dāng)時(shí)先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)了密閉輸送工藝。壓力檢測(cè)儀表采用了某公司壓力變送器和美國(guó)Honeywell公司的擴(kuò)散硅式1144型壓力變送器, 這兩種壓力變送器基本滿足了壓力參數(shù)遠(yuǎn)傳的要求。但不足之處是, 零點(diǎn)、量程漂移較大, 在6個(gè)月的校驗(yàn)周期中要進(jìn)行零點(diǎn)量程的調(diào)整, 有時(shí)零點(diǎn)漂移可達(dá)􀀁0.5mA, 測(cè)量誤差為3%，不能滿足測(cè)量精度要求。同時(shí)由于零點(diǎn)及量程的相互影響, 還要進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。在􀀁98年?yáng)|營(yíng)至臨邑復(fù)線及黃島地下洞庫(kù)改造工程中, 采用了美國(guó)Rosemount公司生產(chǎn)的􀀁壓力變送器。該壓力變送器重量輕，體積小, 不需用附加托架便可直接安裝在管道上。并采用了微處理技術(shù), 可在最大量程與1/10量程之間調(diào)整, 且零點(diǎn)量程的調(diào)整不產(chǎn)生相互影響。在東營(yíng)至黃島老輸油管道的改造工程中, 首次使用了智能型壓力變送器, 以下對(duì)紹興中儀生產(chǎn)的3051智能壓力變送器的性能、工作原理、應(yīng)用和維護(hù)作一介紹。

壓力變送器的性能

智能壓力變送器采用HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)公路）􀀁􀀁通信協(xié)議, 該協(xié)議是一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備間通信的一種協(xié)議􀀁由一種數(shù)字向模擬信號(hào)過(guò)渡的協(xié)議, 是4-20mA模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)兼容的標(biāo)準(zhǔn)􀀁。智能壓力變送器借助于成熟的傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)據(jù)通信技術(shù), 其技術(shù)指標(biāo)和電器性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的模擬壓力變送器, 主要特點(diǎn)如下：

1、兩線制, 兼有信號(hào)傳輸、通信、電源供電3種功能, 可實(shí)現(xiàn)雙向通信, 并可通過(guò)HART手持操作器對(duì)智能壓力變送器量程組態(tài)和有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

2、電子部件采用表面貼裝技術(shù)設(shè)計(jì), 選擇專用電路和微處理技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了小型化、輕量化, 性能更加可靠。

3、能通過(guò)軟件選擇不同的輸出, 例如數(shù)字、頻率、模擬輸出等。

4、能隨時(shí)測(cè)出溫度靜壓的變化對(duì)檢測(cè)元件的影響, 并通過(guò)處理器和存儲(chǔ)器內(nèi)的各種應(yīng)用程序完成復(fù)雜運(yùn)算, 對(duì)線性進(jìn)行校正, 對(duì)滯后和復(fù)現(xiàn)性進(jìn)行補(bǔ)償, 輸出信號(hào)更為精確。

5、量程比可達(dá)到100:1 , 用戶只需用一臺(tái)智能型壓力變送器就能測(cè)量很寬的范圍。由于量程比大大擴(kuò)展, 提高了互換性。

工作原理

3051C智能型壓力變送器硬件電路以高性能的16位單片機(jī)8051CXA為核心, 電路框圖見(jiàn)下圖􀀁。該電路由四大模塊組成, 即電源模塊、傳感器模塊、CPU中央處理單元模塊及HART通信模塊。

智能型壓力變送器電路框圖

電源模塊的主要功能是將回路24V電壓轉(zhuǎn)換成集成芯片5V的供電電壓, 分別為CPU、A/D􀀁模數(shù)轉(zhuǎn)換器􀀁、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器􀀁、MODEM以及傳感器模塊提供工作電源。

傳感器模塊利用電容差壓原理將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)傳送到􀀁A/D轉(zhuǎn)換器。

CPU模塊由CPU、A/D、D/A及EEPROM、零位按鍵和量程按鍵組成。A/D轉(zhuǎn)換單元將壓力傳感器模塊輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào), 進(jìn)入CPU進(jìn)行線性化處理, 依靠靈活和豐富的軟件對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償、單位轉(zhuǎn)換、阻尼處理等運(yùn)算, 并能進(jìn)行各種功能的組態(tài), 最后由D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出，通過(guò)零位和量程按鍵可進(jìn)行就地零點(diǎn)和量程的調(diào)整。

EEPROM用來(lái)保存所有組態(tài)、特征化和數(shù)字微調(diào)數(shù)據(jù), 即使在斷電時(shí)，EEPROM也能完整地保存這些數(shù)據(jù)。

HART通信模塊主要由MODEM及其附屬電路組成。HART通信模塊在檢測(cè)到疊加在4~20mA環(huán)路上的FSK頻移鍵控信號(hào)后, 由MODEM將1200Hz的信號(hào)解調(diào)為1,2200Hz的信號(hào)解調(diào)為0，交由CPU處理。同樣CPU輸出的數(shù)字通信信號(hào), 由MODEM調(diào)制成相應(yīng)的1200Hz和2200Hz的􀀁FSK頻移鍵控信號(hào)疊加在環(huán)路上發(fā)出，HART􀀂通信方式為半雙工方式。

應(yīng)用和維護(hù)

智能壓力變送器檢測(cè)元件內(nèi)含一種填充液體, 用來(lái)通過(guò)隔離膜向壓力傳感器元件傳送過(guò)程壓力。在壓力變送器安裝前應(yīng)檢查其外觀是否

有物理性的損傷, 然后根據(jù)工藝要求進(jìn)行調(diào)校。

1、校驗(yàn)臺(tái)校準(zhǔn)

使用手提式HART375手操器進(jìn)行調(diào)整, 將手操器串聯(lián)在回路上􀀁見(jiàn)下圖􀀁􀀂。手操器與電源之間必須有至少250歐的電阻以保持通信。校驗(yàn)步驟如下。

1）設(shè)定過(guò)程變量單位過(guò)程變量單位可選擇MPa或Kpa。

3051智能壓力變送器校驗(yàn)接線圖

2）重定量程：將3051智能型壓力變送器的量程點(diǎn)與工作壓力相匹配, 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求調(diào)整壓力變送器的量程范圍, 量程范圍的調(diào)整可以通過(guò)以下3種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

A、僅用􀀁HART手操器重定量程范圍, 便可單獨(dú)改變零點(diǎn)和量程, 無(wú)須輸人外加壓力。

B、使用一個(gè)壓力輸人信號(hào)和通信器重定量程。

C􀀁、用壓力輸入源及零位和量程旋鈕重定量程。

在3051C智能型壓力變送器的頂端設(shè)有調(diào)整零點(diǎn)和量程兩個(gè)旋鈕。欲設(shè)定4mA零點(diǎn), 將壓力變送器高壓側(cè)加壓到壓力變送器最小量程的壓力值, 擰松零位調(diào)整螺釘, 直到旋鈕脫出, 等待2s后, 然后驗(yàn)證輸出是否為4mA，最后按下并擰緊零位按鈕。欲設(shè)定20mA量程點(diǎn)，將壓力變送器的高壓側(cè)加壓到所需設(shè)定的最大量程壓力值, 擰松量程旋鈕直到旋鈕脫出, 等待2s后, 然后驗(yàn)證輸出是否為􀀁􀀂20mA，最后按下并擰緊量程按鈕。

3）設(shè)定輸出類型輸出類型的設(shè)定可改變輸人壓力與4~20mA電流輸出信號(hào)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系, 可設(shè)定為線性或平方根關(guān)系類型。

4）設(shè)定阻尼：3051C智能型壓力變送器具有能在輸入發(fā)生突變時(shí)提高壓力變送器的響應(yīng)時(shí)間, 以光滑輸出電子阻尼。在進(jìn)行以上調(diào)整過(guò)程中, 壓力變送器安全寫(xiě)保護(hù)跳變器的位置必需在“ 開(kāi)” 的位置, 否則不能將這些組態(tài)寫(xiě)入壓力變送器, 調(diào)整無(wú)效。當(dāng)調(diào)整結(jié)束后, 跳變器開(kāi)關(guān)放置在“ 關(guān)” 的位置。

2、現(xiàn)場(chǎng)安裝

當(dāng)一臺(tái)壓力變送器完成校驗(yàn)臺(tái)校準(zhǔn)后, 即可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。首先檢查壓力變送器安全寫(xiě)保護(hù)開(kāi)關(guān)是否在“ 關(guān)” 的位置, 否則壓力變送器的輸出信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的信號(hào)會(huì)不一致, 然后根據(jù)輸油工藝對(duì)壓力變送器量程范圍的要求, 安裝相應(yīng)量程范圍的壓力變送器。在安裝過(guò)程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

1）為避免輸出漂移, 不需要使用螺栓來(lái)堵塞壓力變送器的低壓側(cè)。

2）為了避免在安裝過(guò)程中的泄漏, 在加壓前應(yīng)安裝和緊固法蘭的所有螺栓, 在正確安裝的情況下，法蘭螺栓應(yīng)伸出模塊外殼的頂部。

3）當(dāng)電路通電后, 不要拆卸儀表封蓋或連接電路, 以防止在可燃?xì)怏w中爆炸。

4）確保壓力變送器的前后蓋均被完全蓋嚴(yán), 以滿足防爆要求。

3、維護(hù)說(shuō)明

3051智能型壓力變送器具有高性能、高穩(wěn)定性, 基本能做到免維護(hù)。有時(shí)因?yàn)樯�產(chǎn)工藝的要求，例如調(diào)整輸油工藝流程的流向或壓力越站等, 相應(yīng)的壓力變送器量程需要重新設(shè)定, 設(shè)定時(shí)不需要將變送器拆卸下來(lái), 可通過(guò)手提式􀀁HART375手操器直接進(jìn)行在線組態(tài)。

智能型壓力變送器在東黃老線已運(yùn)行近一年, 運(yùn)行狀況良好, 在周期抽檢中, 其零點(diǎn)、量程穩(wěn)定, 沒(méi)有漂移現(xiàn)象。從模擬式壓力變送器到模􀀁數(shù)并存的HART儀表, 然后到全數(shù)字通信的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表, 是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表改型換代的發(fā)展趨勢(shì)。采用HART通信協(xié)議的壓力變送器, 是從模擬向數(shù)字儀表過(guò)渡的橋梁。3051智能型壓力變送器在東黃老線上的應(yīng)用表明, 該儀器安裝方便, 維護(hù)量較少, 運(yùn)行穩(wěn)定, 可靠性高, 其優(yōu)良的性能為進(jìn)人到全數(shù)字式通信方式奠定了基礎(chǔ)。