3051智能压力变送器在管道系统中的应用案例

3051智能压力变送器应用于建于70年代后期的东营至临邑输油管道, 所使用的压力表均为就地体现仪表, 调度员只能通过岗位值班人员的定时汇报来了解管道的运行情况。无意因值班人员疏忽大意, 难免会产生读数误差, 优化运行受到影响。建于􀀁􀀂80年代的东营至黄岛复线采用当时先进的数据采集及监控系统（SCADA系统），实现了密闭输送工艺。压力检测仪表采用了某公司压力变送器和美国Honeywell公司的扩散硅式1144型压力变送器, 这两种压力变送器基本满足了压力参数远传的要求。但不足之处是, 零点、量程漂移较大, 在6个月的校验周期中要进行零点量程的调整, 无意零点漂移可达􀀁0.5mA, 测量误差为3%，不能满足测量精度要求。同时由于零点及量程的相互影响, 还要进行反复调整。在􀀁98年东营至临邑复线及黄岛地下洞库改造工程中, 采用了美国Rosemount公司生产的􀀁压力变送器。该压力变送正视量轻，体积小, 不需用附加托架便可直接安装在管道上。并采用了微处理技术, 可在zui大量程与1/10量程之间调整, 且零点量程的调整不产生相互影响。在东营至黄岛老输油管道的改造工程中, 首次使用了智能型压力变送器, 以下对绍兴中仪生产的3051智能压力变送器的性能、工作原理、应用和维护作一介绍。

压力变送器的性能

智能压力变送器采用HART（可寻址远程传感器数据公路）􀀁􀀁通信协议, 该协议是一种用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议􀀁由一种数字向模拟信号过渡的协议, 是4-20mA模拟信号与数字信号兼容的标准􀀁。智能压力变送器借助于成熟的传感技术、计算机技术及数据通信技术, 其技术指标和电器性能远优于传统的模拟压力变送器, 紧张特点如下：

1、两线制, 兼有信号传输、通信、电源供电3种功能, 可实现双向通信, 并可通过HART手持操作器对智能压力变送器量程组态和有关数据进行操作。

2、电子部件采用表面贴装技术设计, 选择专用电路和微处理技术, 实现了小型化、轻量化, 性能更加可靠。

3、能通过软件选择不同的输出, 例如数字、频率、模拟输出等。

4、能随时测出温度静压的变化对检测元件的影响, 并通过处理器和存储器内的各种应用程序完成复杂运算, 对线性进行校正, 对滞后和复现性进行补偿, 输出信号更为精确。

5、量程比可达到100:1 , 用户只需用一台智能型压力变送器就能测量很宽的范围。由于量程比大大扩展, 提高了互换性。

工作原理

3051C智能型压力变送器硬件电路以高性能的16位单片机8051CXA为核心, 电路框图见下图􀀁。该电路由四大模块组成, 即电源模块、传感器模块、CPU中心处理单元模块及HART通信模块。

智能型压力变送器电路框图

电源模块的紧张功能是将回路24V电压转换成集成芯片5V的供电电压, 分别为CPU、A/D􀀁模数转换器􀀁、D/A数模转换器􀀁、MODEM以及传感器模块提供工作电源。

传感器模块利用电容差压原理将压力信号转换成相应的电压信号传送到􀀁A/D转换器。

CPU模块由CPU、A/D、D/A及EEPROM、零位按键和量程按键组成。A/D转换单元将压力传感器模块输出信号转换成数字信号, 进入CPU进行线性化处理, 依靠灵活和丰富的软件对输入数据进行量程转换、数字滤波、误差补偿、单位转换、阻尼处理等运算, 并能进行各种功能的组态, zui后由D/A转换器将数字信号转换成电流信号输出，通过零位和量程按键可进行就地零点和量程的调整。

EEPROM用来保存所有组态、特征化和数字微调数据, 即使在断电时，EEPROM也能完整地保存这些数据。

HART通信模块紧张由MODEM及其附属电路组成。HART通信模块在检测到叠加在4~20mA环路上的FSK频移键控信号后, 由MODEM将1200Hz的信号解调为1,2200Hz的信号解调为0，交由CPU处理。同样CPU输出的数字通信信号, 由MODEM调制成相应的1200Hz和2200Hz的􀀁FSK频移键控信号叠加在环路上发出，HART􀀂通信方式为半双工方式。

应用和维护

智能压力变送器检测元件内含一种填充液体, 用来通过隔离膜向压力传感器元件传送过程压力。在压力变送器安装前应检查其外观是否

有物理性的损伤, 然后根据工艺要求进行调校。

1、校验台校准

使用手提式HART375手操器进行调整, 将手操器串联在回路上􀀁见下图􀀁􀀂。手操器与电源之间必须有至少250欧的电阻以保持通信。校验步骤如下。

1）设定过程变量单位过程变量单位可选择MPa或Kpa。

3051智能压力变送器校验接线图

2）重定量程：将3051智能型压力变送器的量程点与工作压力相匹配, 根据现场工艺的要求调整压力变送器的量程范围, 量程范围的调整可以通过以下3种途径来实现。

A、仅用􀀁HART手操正视定量程范围, 便可单独改变零点和量程, 无须输人外加压力。

B、使用一个压力输人信号和通信正视定量程。

C􀀁、用压力输入源及零位和量程旋钮重定量程。

在3051C智能型压力变送器的顶端设有调整零点和量程两个旋钮。欲设定4mA零点, 将压力变送器高压侧加压到压力变送器zui小量程的压力值, 拧松零位调整螺钉, 直到旋钮脱出, 等待2s后, 然后验证输出是否为4mA，zui后按下并拧紧零位按钮。欲设定20mA量程点，将压力变送器的高压侧加压到所需设定的zui大量程压力值, 拧松量程旋钮直到旋钮脱出, 等待2s后, 然后验证输出是否为􀀁􀀂20mA，zui后按下并拧紧量程按钮。

3）设定输出类型输出类型的设定可改变输人压力与4~20mA电流输出信号之间的数学关系, 可设定为线性或平方根关系类型。

4）设定阻尼：3051C智能型压力变送器具有能在输入发生突变时提高压力变送器的响应时间, 以光滑输出电子阻尼。在进行以上调整过程中, 压力变送器安全写保护跳变器的位置必需在“ 开” 的位置, 否则不能将这些组态写入压力变送器, 调整无效。当调整结束后, 跳变器开关放置在“ 关” 的位置。

2、现场安装

当一台压力变送器完成校验台校准后, 即可进行现场安装。首先检查压力变送器安全写保护开关是否在“ 关” 的位置, 否则压力变送器的输出信号与现场检测到的信号会不划一, 然后根据输油工艺对压力变送器量程范围的要求, 安装相应量程范围的压力变送器。在安装过程中应过细以下事项。

1）为避免输出漂移, 不需要使用螺栓来堵塞压力变送器的低压侧。

2）为了避免在安装过程中的泄漏, 在加压前应安装和紧固法兰的所有螺栓, 在正确安装的情况下，法兰螺栓应伸出模块外壳的顶部。

3）当电路通电后, 不要拆卸仪表封盖或连接电路, 以防止在可燃气体中爆炸。

4）确保压力变送器的前后盖均被完全盖严, 以满足防爆要求。

3、维护说明

3051智能型压力变送器具有高性能、高稳定性, 基本能做到免维护。无意因为生产工艺的要求，例如调整输油工艺流程的流向或压力越站等, 相应的压力变送器量程需要重新设定, 设定时不需要将变送器拆卸下来, 可通过手提式􀀁HART375手操器直接进行在线组态。

智能型压力变送器在东黄老线已运行近一年, 运行状况良好, 在周期抽检中, 其零点、量程稳定, 没有漂移现象。从模拟式压力变送器到模􀀁数并存的HART仪表, 然后到全数字通信的现场总线仪表, 是实现现场仪表改型换代的发展趋势。采用HART通信协议的压力变送器, 是从模拟向数字仪表过渡的桥梁。3051智能型压力变送器在东黄老线上的应用表明, 该仪器安装方便, 维护量较少, 运行稳定, 可靠性高, 其优良的性能为进人到全数字式通信方式奠定了基础。