1 變頻器載波干擾智能變送器現(xiàn)場(chǎng)不通信甚至變送器誤指示
珠海聯(lián)成公用車間生產(chǎn)裝置使用的六臺(tái)計(jì)量?jī)x表:五臺(tái)EJA110差壓變送器,一臺(tái)KNOX渦街流量計(jì)(Hart協(xié)議),今年三月份投運(yùn),僅僅一臺(tái)差壓變送器能正常工作。其余均不能通信,在流量為零時(shí),一臺(tái)差壓變送器指示48%,一臺(tái)指示在0~25%周期變化,其余顯示故障;渦街流量計(jì)則顯示10000 m3/hr左右(儀表量程:0~300 m3/hr,儀表常數(shù):6907.15 p/m3)。檢查現(xiàn)場(chǎng)電壓均正常,撤回車間校驗(yàn),通信及儀表工作一切正常。我們?cè)谥甘?8% 的EJA110差變進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),并聯(lián)0.1μ電容,雖不能通信,但指示正確。在KNOX渦街流量計(jì)試驗(yàn),甩開原聯(lián)線,改用現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)供電現(xiàn)場(chǎng)指示,渦街工作正常。可以確定,這是線路干擾的影響。
根據(jù)渦街流量計(jì)誤指示讀數(shù)可以計(jì)算干擾頻率:
干擾頻率(f) = 6907.15 / (10000 / 3600) = 2 kHz
原因分析:這是2 kHZ左右的高頻電磁干擾影響275通信器通信,甚者仿真通信器的信號(hào),使差變產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出。
眾所周知,Hart(hiway addressable remote transducer)協(xié)議采用基于Boll通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK(移頻鍵控)技術(shù)。通過在4~20mA電流上疊加頻率信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信。兩個(gè)不同的頻率,1200Hz和2200Hz正弦波疊加在4~20mA電流回路上。這些頻率代表數(shù)字1和0 (如圖1所示) 。這些正弦波的平均值為0,因此在不中斷傳輸信號(hào)的情況下,完成了真正的同步通信。
圖1 Hart協(xié)議信
變頻器的載波頻率,取決于其型號(hào)及容量,一般為 2.0~16.0 kHZ(根據(jù)負(fù)荷組態(tài))。PA裝置采用HITACHI J300-110HF95(VT)和150HF5(VT)型,載波頻率大都組態(tài)設(shè)置為: 2kHz。(這與干擾頻率測(cè)試結(jié)果相同) 這與Hart通信頻率十分相近。 所以,這個(gè)”0”信號(hào)頻率附近的雜波影響smart變送器,使他不能正確響應(yīng)275的信號(hào),甚至按此信號(hào)錯(cuò)誤地轉(zhuǎn)為電流輸出或其它錯(cuò)誤的操作方式。
筆者采取增大儀表電纜與動(dòng)力電纜槽架的距離的改造措施,改造后,誤指示與不能通信問題立即解決。
2 電纜太長(zhǎng)智能變送器現(xiàn)場(chǎng)不通信
碼槽區(qū)原采用ST3000單法蘭液位變送器進(jìn)行蓄罐的液位測(cè)量,運(yùn)行良好。08年12月份,新投用的鄰二甲苯罐的液位測(cè)量LIA-009A采用EJA(Hart協(xié)議)單法蘭液位變送器并在TDC-3000LCN系統(tǒng)顯示。投用時(shí),用268通信器校驗(yàn)檢查,不通信。 通信器顯示“no device found”,現(xiàn)場(chǎng)檢查:電壓為22.3V,正常。撤回車間校驗(yàn),通信及儀表工作一切正常。回裝,仍不通信,但儀表運(yùn)行良好。
原因分析:電纜過長(zhǎng),電纜電容大于Hart通信設(shè)備允許的最大電容。
因?yàn)镠art通信頻率較高(1~2 kHz左右) ,要求網(wǎng)絡(luò)的T=RC (時(shí)間常數(shù))不大于0.65μsec。因此Hart通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的最大電容限制了通信最大距離。 Hart通信最大距離計(jì)算公式是:
最大電纜長(zhǎng)度(m) = ( 160000 –Cmaster)/Ccable
式中: 160000 是根據(jù)Hart 通信網(wǎng)絡(luò)允許的時(shí)間常數(shù)計(jì)算而得的常數(shù), 反映通信網(wǎng)絡(luò)允許的最大電容量(pf) 。
Cmaster是控制系統(tǒng)或Hart濾波器的電容(pf)。
Ccable是電纜分布電容 (pf/m)。
LIA-009A傳輸電纜長(zhǎng)度約650m,采用BS5308/2,1.5sq 電纜,Ccable = 400 pf/m;R cable = 0.025 歐/m。
TDC-3000LCN(HPM) Cmaster不太大,為計(jì)算方便假設(shè)Cmaster=0。
(1)最大電纜長(zhǎng)度(Lmax) = 160000 / 400 = 400 m < 650m
實(shí)際上Cmarter ≠0,實(shí)際充許最大電纜長(zhǎng)度小于400m。
(2)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)(T) = RC = (0.025 * 650) * (400 * 650) /1000000 = 4.2μsec > 0.65μsec。
可見由于電纜原故,使得網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)太大,導(dǎo)致通信波形嚴(yán)重失真,而無法通信。但對(duì)仿真信號(hào)沒有影響,改用2.5sq的交聯(lián)電纜(Cmaster為90pf/m)即可解決。
ST3000變送器采用DE通信協(xié)議,通信頻率較低,網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)間常數(shù)T = RC = 104μsec,允許的電纜分布電容比Hart協(xié)議寬容得多。 所以,同樣情況的8臺(tái)ST3000變送器,通信均正常。
通過大量Smart儀表的使用,使筆者對(duì)Smart儀表的性能有了更好了解,通過問題的出現(xiàn)與解決,使筆者對(duì)Smart儀表的安裝設(shè)計(jì)、維護(hù)等有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。