横河BT200手操器变送器的工作原理

一、BRAIN 通信协议的核心机制

• 信号叠加方式：

• 模拟信号：用于传输变送器的测量值（如压力、流量等），标准 4~20mA。

• 数字信号：通过 FSK 调制，将 “0” 编码为 1200Hz，“1” 编码为 2200Hz 的音频信号，叠加在模拟信号上，不影响 4~20mA 电流的连续性。

• 通信双向性：

• 手操器可向变送器发送指令（如参数设定、校准），变送器向手操器返回测量数据、自诊断信息等。

二、BT200 手操器与变送器的连接及工作流程

1. 硬件连接与通信条件

• 连接方式：

• 通过挂钩直接连接变送器接线盒内的端子，或通过中断端子板、电缆连接至回路。

• 回路要求：电阻 250~600Ω（含电缆电阻），电容≤0.22μF，确保数字信号传输稳定。

• 电源与功耗：

• 5 节 1.5V 碱性电池供电，低电压时报警灯闪烁，无操作 5 分钟自动关机，降低功耗。

2. 工作流程（以参数设定为例）

1. 手操器发送指令：

• 操作人员通过手操器按键输入指令（如修改量程、工位号），指令经内部电路转换为 FSK 数字信号。

• 数字信号叠加在 4~20mA 回路上，传输至变送器。

2. 变送器接收与响应：

• 变送器内置的 BRAIN 协议芯片解调出数字信号，解析指令后执行相应操作（如更新内部寄存器参数）。

• 变送器将操作结果（如参数确认值、当前测量值）通过 FSK 信号回传至手操器。

3. 手操器接收与显示：

• 手操器解调回传的数字信号，在 LCD 屏幕显示结果（如 “参数修改成功”“当前压力值”），或通过打印功能输出（仅 BT200-P00 型号）。

三、关键技术原理解析

1. FSK 调制与解调技术

• 调制原理：手操器将数字信号（二进制数据）转换为不同频率的音频信号（1200Hz/2200Hz），叠加在 4~20mA 电流上，利用电流回路传输。

• 解调原理：变送器通过滤波电路分离模拟信号和数字信号，再通过频率检测还原数字数据，反之亦然。

2. 模拟与数字信号共存机制

• 由于数字信号是交流分量（音频频率），模拟信号是直流分量，两者通过电容、电感等元件实现分离：

• 变送器接收端通过电容隔离直流，提取数字信号；手操器接收端通过电感隔离交流，读取 4~20mA 模拟值。

• 这种设计确保通信期间 4~20mA 信号不中断，满足工业现场 “热插拔” 和实时监控需求。

3. 自诊断与数据保护原理

• 自诊断：手操器与变送器通信时，会实时检测信号质量、协议兼容性等，若出现通信中断、参数错误等问题，通过屏幕提示或报警灯反馈（如 “CHECK COMMUNICATION”）。

• 数据保护：通过密码设定防止非授权操作，电池供电时内部存储器有断电保护，避免参数丢失。

四、与其他通信协议的对比（以 HART 为例）

五、实际应用中的工作原理场景

• 校准场景：当需要对 EJA 变送器调零时，手操器发送 “调零指令”，变送器接收后将当前测量值设为零点（4mA），并回传确认信号，手操器显示 “ZERO ADJUST COMPLETED”。

• 监控场景：手操器实时读取变送器的测量值（如压力 1.0MPa），并解析为数字信号显示，同时不影响 4~20mA 电流输出至 DCS 系统。

总结