Vi ville skriva om ett ämne som ofta diskuteras men som är svårt att förstå: använda en HART-kommunikator för att kalibrera och justera en HART-transmitter. Många tror att man kan använda en HART-kommunikator för att kalibrera och justera en HART-transmittrar, men det stämmer inte. Det behövs alltid en kalibrator (eller någon form av spårbar referensstandard) för kalibrering av en transmitter. Varför är det så och vilka är skillnaderna mellan en HART-kommunikator och en HART-kalibrator? I den här bloggen diskuteras detta och många andra relaterade ämnen. Om det låter intressant, fortsätt läsa.
Ladda ner denna artikel i PDF-format>>
Innehåll
- Kalibrering
- HART-protokoll
- HART-transmitter
- HART-kommunikator
- HART-kalibrator
- HART-kommunikator kontra HART-kalibrator
- HART-kompatibel spänningsmatning
- Kalibreringsvideo för HART-transmitter
- Vanliga misstag och hur man undviker dem
- Sammanfattning
- Beamex lösning
Kalibrering
För det första, i detta eller något annat sammanhang, när vi pratar om kalibrering så menar vi en spårbar metrologisk kalibrering där man jämför den testade apparaten (DUT), t.ex. en transmitter, mot en mer exakt metrologiskt spårbar referensstandard, ofta kallad en kalibrator, och dokumenterar resultaten.
Detta är enligt den internationella definitionen av kalibrering från Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). Du kan också se vår sida ”Vad är kalibrering?”.
Observera att ordet kalibrering ibland även används för att beskriva processen att ändra transmitterparametrar eller justera ett instrument, eller för något annat ändamål. Detta kan vara förvirrande. Så när du hör någon prata om kalibrering, fråga vad de menar.
HART-protokoll
Vi antar att de flesta läsare känner till HART-protokollet, men här kommer en kort sammanfattning för dem som behöver påminnas om vad det är:
HART-protokollet (Highway Addressable Remote Transducer) är en allmänt använd kommunikationsstandard inom processautomatiseringsbranschen som möjliggör samtidig analog och digital dataöverföring via samma kablar. HART förbättrar äldre analoga signaler på 4–20 mA genom att lägga en digital signal ovanpå den analoga signalen med hjälp av frekvensväxling (FSK). Detta gör HART-transmittrar kompatibla med befintliga analoga styrsystem samtidigt som de erbjuder avancerade digitala kommunikationsfunktioner för diagnostik, dataåtkomst och konfiguration.
Mer detaljerad information om HART-protokollet finns i FieldComm Groups beskrivning.
HART-transmitter
Låt oss nu diskutera en HART-transmitters struktur.
Bilden här nedan visar hur en HART-transmitter är uppbyggd.
Här följer en kort förklaring till bilden här ovan:
- I ingångssektionen visas den faktiskt uppmätta signalen (tryck, temperatur, flöde osv.) som kommer in i A/D-omvandlaren, som omvandlar den analoga ingångssignalen till digitalt format. Den mest använda variabeln är den primära variabeln (PV). Ingångssektionen kan justeras/trimmas med hjälp av transmitterns sensorjusteringsfunktion.
- Den digitala PV-signalen går sedan genom en konverteringsmodul där den kan omvandlas på olika sätt. Du kan konfigurera transmitterns intervall (det ingångsvärde som motsvarar 4 och 20 mA-utgången), överföringsfunktion, dämpning och många andra inställningar. Denna konfigurerade utgång, markerad som AO (analog utgång) i bilden, är den digitala representationen av den analoga mA-utgången. Observera att AO fortfarande är i digitalt format; det är inte transmitterns faktiska analoga utgång.
- Därefter leds den digitala AO-signalen till utgångsdelen, en D/A-omvandlare, som omvandlar den digitala signalen till en exakt analog mA-signal. Utmatningssektionen kan justeras/trimmas med den analoga trimningsfunktionen.
- HART-transmitterns noggrannhet beror på alla dessa sektioner eftersom de är seriekopplade.
Mer information om HART-transmittrar finns i den här äldre artikeln: Kalibrering av en HART-transmitter och de vanligaste missuppfattningarna om en HART-kommunikator[ENG].
En annan relaterad artikel diskuterar varför och hur man kalibrerar WirelessHART-transmittrar [ENG].
HART-kommunikator
En HART-kommunikator är en bärbar apparat som kan kommunicera med HART-transmittrar. Kommunikatorn kan användas för att konfigurera och redigera parametrar i olika HART-transmittrar, förutsatt att den har korrekta filer för apparatbeskrivning (DD). Grundläggande stöd kan uppnås med generiska HART-kommandon, men om du vill kunna stödja alla funktioner behövs en DD-fil för den transmittermodell och version som du använder.
Populära HART-kommunikatorer är Emerson 475 och Trex, Yokogawa och Meriam.
Vanligtvis kan en HART-kommunikator inte generera eller mäta processignaler, åtminstone inte tillräckligt exakt för kalibreringsändamål. Om du vill kalibrera eller justera transmittern måste du använda en separat kalibrator.
En sak som kan vara förvirrande är att en HART-kommunikator kan läsa den analoga utgångssignalen (AO), som är den digitala representationen av den analoga mA-utsignalen. Den visar ett mA-värde, så det kan verka som om du kan mäta den faktiska analoga mA-utsignalen från transmittern, men så är inte fallet.
Som vi såg i den tidigare bilden går AO-signalen fortfarande genom den analoga utgångsdelen, som omvandlar den digitala AO-signalen till en verklig analog mA-signal som sedan är transmitterns faktiska analoga mA-utsignal som går till styrsystemet.
Transmitterns faktiska mA-utsignal är inte samma som den digitala AO-signal som läses av med kommunikatorn. Detta är ofta överraskande när man mäter den faktiska mA-signalen med en korrekt kalibrator och upptäcker att den inte är samma som den digitala AO-signalen. I vissa fall har man till och med försummat den faktiska kalibreringen och litat på den digitala AO-signalen som lästs av med kommunikatorn.
Tänk på att om du använder en HART-kommunikator behöver du också ha en separat processkalibrator om du vill utföra noggrannhetsrelaterade aktiviteter så som kalibrering eller justering.
HART-kalibrator
I den här artikeln används termen HART-kalibrator för att hänvisa till utrustning som innehåller en exakt processkalibrator och en HART-kommunikator i samma apparat.
Med HART-kommunikatorn kan du utföra alla HARTkommunikatoraktiviteter och med processkalibratorn kan du utföra exakt, spårbar kalibrering av transmittern.
Du kan till exempel använda en HART-kalibrator för att:
- kalibrera transmittern från ingångssignal till utgångssignal
- kalibrera och trimma ingångssektionen på en HART-transmitter
- kalibrera och trimma utgångssektionen på en HART-transmitter
HART-kommunikator kontra HART-kalibrator
I en normal processanläggning finns det ofta flera HART-transmittrar. Det innebär att du behöver utföra konfigurationer och kalibreringar – och du behöver verktyg för båda delarna. Du kan använda separata verktyg (en kommunikator och en kalibrator) eller ett integrerat verktyg (en apparat som innehåller både en kommunikator och en kalibrator).
En av de största fördelarna med att använda ett integrerat verktyg som Beamex MC6 avancerad fältkalibrator och kommunikator är att du bara behöver bära med dig en apparat. När du trimmar en HART-transmitter måste du även ange avläsningarna från kalibratorn i kommunikatorn och med MC6 kan du enkelt kopiera och klistra in. Om du använder separata verktyg måste du läsa av kalibratorn manuellt och ange detta i kommunikatorn.
HART-kompatibel spänningsmatning
Det är bra att komma ihåg att när man arbetar med HARTtransmittrar måste man även ha en HART-kompatibel spänningsmatning för att transmittern ska fungera. Även om kalibratorer vanligtvis har en inbyggd spänningsmatning är detta inte fallet med alla HART-kommunikatorer. Därför kan du behöva en separat spänningsmatning för att få transmittern att fungera. Matningen måste dessutom vara HART-kompatibel, dvs. den måste inkludera en lämplig impedans (nominellt 250 Ohm) för att HART-kommunikationen ska fungera. Om du använder en HART-kalibrator med en HART-kompatibel spänningsmatning behöver du ingen ytterligare impedans. I vissa fall kan du använda matningen från styrsystemet.
Kalibreringsvideo för HART-transmitter
För att se hur du kalibrerar och justerar en HART-transmitter kan du titta på den här engelskspråkiga videon:
I videon använder Mike Beamex MC6 och använder först kalibratorn för att kalibrera en HART-tryckgivare och upptäcker att den ligger utanför den tillåtna toleransen, dvs. att felet är för stort. Därefter justerar Mike transmittern genom att utföra både sensorjustering och analog justering med hjälp av MC6 HART-kommunikatorn och kalibratorfunktionen. Slutligen kalibrerar han transmittern och ser att den ligger väl inom de tillåtna toleransgränserna. Om du utför dessa uppgifter med en HART-kommunikator behöver du en extra kalibrator för tryck- och strömsignalerna. Du behöver också en HART-kompatibel spänningsmatning. Dessutom måste du manuellt överföra avläsningarna mellan kalibratorn och kommunikatorn. För att inte tala om att du behöver ha med dig minst två apparater.
Vanliga misstag och hur man undviker dem
Slutligen finns här en kort lista över några vanliga misstag som görs när man använder HART-kommunikatorer och HART-kalibratorer tillsammans, med några förslag på lösningar.
- Förvirrande konfiguration med kalibrering
- Misstag: Man tror att konfigurering eller redigering av parametrar i en HART-transmitter med hjälp av en HART-kommunikator motsvarar att kalibrera den.
- Lösning: Använd en spårbar kalibrator för att säkerställa noggrannhet och efterlevnad av standarder.
- Förlita sig på den digitala AO-signalen som en exakt utgångsmätning
- Misstag: Man antar att den digitala analoga utgångssignalen (AO) som läses av en HART-kommunikator korrekt representerar den faktiska analoga mA-signalenl.
- Lösning: Förstå att den digitala AO-signalen skiljer sig från den faktiska analoga mA-utsignalen och använd en korrekt kalibrator.
- Man använder inte en lämplig spänningsmatning
- Misstag: Man försöker kalibrera eller konfigurera en HART-apparat utan att tillhandahålla en HART-kompatibel spänningsmatning, vilket leder till kommunikationsproblem.
- Lösning: Använd en HART-kalibrator med inbyggd spänningsmatning eller säkerställ korrekt extern matning med kompatibel impedans.
- Manuella inmatningsfel vid användning av separata verktyg
- Misstag: Manuell överföring av avläsningar mellan separata kommunikatorer och kalibratorer kan leda till fel.
- Lösning: Använd integrerade verktyg, som HART-kalibratorer, som möjliggör direkt dataöverföring eller kopiering.
- Hoppa över sensor- och analoga justeringssteg
- Misstag: Anta att när en transmitter har konfigurerats krävs ingen ytterligare kalibrering eller justering.
- Lösning: Kalibrera transmittern och utför vid behov sensorjustering och analog justering.
- Förlita sig på föråldrade DD-filer
- Misstag: Man använder en HART-kommunikator med föråldrade filer för apparatbeskrivning (DD), vilket kan begränsa funktionaliteten eller kompatibiliteten.
- Lösning: Uppdatera regelbundet DD-filer från tillförlitliga källor för att säkerställa kompatibilitet med nya apparater och funktioner.
- Förbise kalibreringsdokumentation
- Misstag: Underlåtenhet att dokumentera kalibreringsresultat, vilket kan leda till bristande efterlevnad eller bristfällig spårbarhet.
- Lösning: Använd dokumenterande kalibratorer och kalibreringsprogramvara för att digitalt lagra och hantera kalibreringsdata.
Sammanfattning
Vid underhåll och kalibrering av HART-transmittrar måste du använda både en HART-kommunikator och en processkalibrator. Det är upp till dig om du använder separata apparater eller en apparat som innehåller både kommunikator och kalibrator. För egen del föredrar jag en apparat som Beamex MC6 eftersom den innehåller båda. Här nedan följer en sammanfattning av de viktigaste funktionsskillnaderna mellan en HART-kommunikator och en HART-kalibrator:
| Funktionalitet | HART-kommunikator | HART-kalibrator |
| Läsa av och konfigurera HART-apparatens parametrar | ✓ | ✓ |
| Kalibrera processignal (t.ex. mA, tryck) | - | ✓ |
| Generera exakta processignaler för testning | - | ✓ |
| Justera transmitteringången (sensorjustering) | - | ✓ |
| Justera transmitterutgången (analog justering)) | - | ✓ |
| Åtkomst till och användning av filer för apparatbeskrivning (DD) |
✓ | ✓ |
| HART-kompatibel spänningsmatning | Normalt inte | ✓ |
| Dokumentation av kalibreringsresultat | Normalt inte | ✓ |
| Visa och ändra apparatens diagnostik | ✓ | ✓ |
| Integrera HARTkommunikation med kalibrering | - | ✓ |
| Korrekt mäta och visa analoga mA-signaler | - | ✓ |
Beamex lösning
Beamex MC6 avancerad fältkalibrator och kommunikator-familjen innehåller kalibratorer med inbyggd HART-kommunikator som tillval, inklusive en HART-kompatibel spänningsmatning.
Med apparater i MC6-familjen är kommunikatorn och kalibratorn fysiskt integrerade i samma apparat och kan kommunicera med varandra, vilket innebär att även enheternas funktioner är integrerade.
Eftersom MC6 också är en dokumenterande kalibrator dokumenterar den dina kalibreringar digitalt så att du enkelt kan överföra resultaten till din programvara för kalibreringshantering.
HART DD-filerna för apparater i MC6-familjen kan uppdateras kostnadsfritt via vår Nedladdningscentral på Beamex webbplats. DD-paketen uppdateras regelbundet när nya DD-filer publiceras av FieldComm Group.
Förutom stöd för HART-protokollet stöder apparaterna i MC6-familjen även FOUNDATION Fieldbus och Profibus PA-kommunikation.
För potentiellt farliga miljöer erbjuder vi Beamex MC6-Ex egensäker avancerad fältkalibrator och kommunikator. MC6-Ex kombinerar en kommunikator och en kalibrator i en egensäker apparat, vilket är ovanligt på marknaden.
Visa alla Beamex HART-kommunikatorprodukter.
Diskussion