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基于HART协议的压力差压变送器的设计 非线性补偿 压力变送器传感器有很大的非线性 传感器特性曲线相似，一致性较好，可以通过数学模型的方式进行补偿； 按照国外同类产品的要求，必须通过0%、60%、100%、-60%、-100%五点进行非线性补偿 基于HART协议的压力差压变送器的设计 特征曲线的获取 测试20个传感器，获得一批实验数据； 对上述20组数据，分别求各组的最佳一致逼近多项式： y(x)=a3?x3+a2?x2+a1?x+a0 式中：y为实际压力，x为传感器输出 在上述20组多项式中，找出变化范围最小的一个系数，然后给定该系数； 试验中a3的变化范围：[-0.0373145，-0.0239532]，取平均数 基于HART协议的压力差压变送器的设计 由特征化给出三个点（量程的0%，60%和100%），即（x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)，根据这三个点决定的近似最佳一致逼近算式，计算误差(-1) (i-1)R=y(xi)?yi，(i=1,2,3) ： 在|R|取最小值时得出a0,a1,a2值； 试验得出 |R|=0.0001 基于HART协议的压力差压变送器的设计 由以上方程组可知，给定a3和R后便可求得a0,a1,a2。 近似的最佳一致逼近算法的特点 数学模型简单 精度较高，可以达到万分之二 运算速度快 基于HART协议的压力差压变送器的设计 数字滤波 4个数据的滑动平均滤波法 当量程比小于4：1时，滑动平均滤波程序 当量程比大于4：1时，将4个数据的和直接参与运算，相当于把采样值和量程扩大4倍，增加了量程转换的最后结果的有效位数，从而提高了量程转换的精度。 提高了量程转换的精度，跳码幅度减少了一半以上 HART协议简介 现场总线的发展与展望 现场总线产生的必然性 当前控制系统（如DCS）存在的问题 决策层只能在最高层，对于下层设备很少授权。在高层设备出故障时，下层设备只能维持现状。 下层设备间的信息交流困难 模拟仪表的缺点 一对一结构 可靠性差 操作员对仪表无法控制 互换性差 现场总线的发展与展望 现场总线的优点 一对多结构 可靠性高 操作员对仪表状态可控 互换性好 具有互操作性 综合功能强，实现仪表多用 彻底的分散控制 统一组态，简单方便 开放式系统 传统DCS控制层 现代FCS控制层 网桥 控制器 H2 分散控制系统总线 H2 H1 H1 H1 H1 H1——低速现场总线 31.25kbps 2～32个设备/段 供电与通信 本质安全 能利用已有的4～20mA信号线 …… 数字信号取代4～20mA 现场的管理与控制的统一 一些基本过程控制在现场完成 设备非控制信息增加 a) 4 ～20mA传输标准 控制室 现场 b) 现场总线 现场总线与控制室仪表 连线效率对比 控制室仪表 手持编程器 双向数字传输 安全栅 调节 器 指示 积算 配 电 安全栅 4 ～20 mA 配 电 4 ～20 mA 4 ～20 mA a) 4～20mA标准 b) 现场总线标准 仪表内部结构对比 人 机 接 口 控制室仪表 变送器 数字双向传输 微 处 理 器 通 讯 接 口 通 讯 接 口 微 处 理 器 A/D 放 大 调 理 传 感 器 人 机 接 口 微 处 理 器 A/D D/A I/V V/I 调节器 4～20mA 4～20mA 4～20mA 变送器 V/I D/A 微 处 理 器 A/D 放 大 调 理 传 感 器 现场总线的发展现况 2000年1月公布的国际标准 IEC61158囊括了以下八种总线：FF的H1、FF-HSE、Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、ControlNet、SwiftNet，形成多种总线共同竞争的局面。 HART技术作为一种从模拟信号到全数字信号过渡一种通讯协议，特别适合于目前企业的技术和设备的改造。未来的技术发展趋势是全数字化的通讯协议，但由于国际上各大集团对利益分割，无法形成一个统一的数字现场总线的标准。而HART协议作为目前控制行业事实上的工业标准，在近一段时间将会继续大量使用。 据HART基金会统计，2000年有75%的智能仪表仍采用HART协议。其估计HART技术在过程工业仍将继续广泛使用至少15～20年。在国内模拟仪表仍大量被使用，HART产品还将具有相当长的生命周期，我们将面临一个巨大的市场。 什么是HART协议 HART协议（Highway Addressible Remote Transducer）：是Rosemount公司于1986年提出的一项标准。 实现4~20mA模拟信号与数字通讯兼容的标准，是现场总线的过渡性标准。 HART协议是一个开放性协议，已成为智能仪表事实上的工业标准：