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基于HART协议智能电磁流量变送器的总体结构设计方案

基于HART协议智能电磁流量变送器的总体结构设计方案:

   电磁流量计因其结构简单、无活动部件和阻碍被测介质流动的扰动件或节流件而在工业生产等领域获得广泛应用。虽然我国己在电磁流量计开发方面取得了一定成绩,但是由于国产的流量检测仪表在系统设计上存在较多信息转换环节,且多数缺少小信号切除、非线形补偿以及数字滤波等高级信号处理能力,影响系统的检测精度和抗干扰能力; 另外,网络通讯接口一般只配置RS一232或RS一485串行接口,组网和通讯能力差。现场总线控制系统代表了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向。为了构建现场总线型工业测控系统,要求系统中所有仪表都应具有现场总线功能。在模拟系统向数字系统转变过程中,HART协议是唯一向后兼容的智能仪表解决方案,在具有现场总线一系列优点的同时,保留了对现有4~20mh系统的兼容性。因此,采用HART总线技术研制总线型电磁流量仪表是我国提升工业自动化仪表及其主控系统技术水平的关键问题之一。为此,本文在对电磁流量计关键技术进行分析、研究、比较和论证的基础上,提出了基于HART协议智能电磁流量变送器的总体结构设计方案。主要研究内容如下:

    论文对HART协议作了较全面的分析。HART协议采用ISO/OSI简化模型,其中物理层规定了信号的传输方式以及信号电平等内容。数据链路层规定了设备类型以及数据传输帧格式。命令层规定了HART协议的各种命令及响应码。基于HART协议的智能电磁流量计的通信功能就是基于HART的各种规范实现的。

hart电磁流量计

   在硬件电路中着重对系统的采集放大电路、励磁发生电路、模数转换电路、通信接口电路和系统抗干扰电路等进行设计和分析。采用ADI企业推出的高性能同步V/F转换器AD652,对传感器电压信号进行采集和转换,提高了系统检测精度。同时,采用低功耗CMO$芯片P89C51RD2FN和X25045集成芯片构成单片机系统,具备掉电保护、自诊断等功能,输入输出电路采用电隔离和过流保护措施,不仅简化了硬件设计,而且提高了系统的可靠性及抗干扰能力。在HART通信电路中,采用SMAR企业的HART信号调制解调专用芯片HT2012,在不干扰4~20mh模拟信号的同时,实现双向数字通讯功能。实现了仪表的智能化和总线化。

   系统App采用MCS一51单片机汇编语言,采用模块化程序设计方法,将一个程序化分成若干小的模块,不同模块完成不同功能,各模块间保持相对的独立性。其中包括初始化子程序、仪表监控主程序、AD采样子程序、HART通讯子程序。App采用中断处理机制,并且采用App陷阱、指令冗余和看门狗技术等处理手段,提高系统的抗干扰性能。通过上位机串口配备的符合Bell202通讯标准的调制解调器,连接于仪表的标准采样电阻两端,可实现上位机与流量计之间的}{ART通讯。实验表明,该仪表符合HART协议各种规范,能够对上位机发送的命令帧作出相应的响应,实现了HART总线通讯功能。采用标准表法进行的对比试验表明,该仪表能够满足对前端传感器输出电压信号的测量,体积流量测量精度达到要求,可以同时显示瞬时流速和J下反双向累积流量,并具备多种报警输出、脉宽可调和励磁频率可调等功能,基本实现了智能电磁流量计变送器性能和功能的要求。


 


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