HART通訊協(xié)議第九章主要內(nèi)容

主要內(nèi)容

HART協(xié)議：HighwayAddressableRemoteTransducer〔可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)公路〕，是由Rosemount公司于1986提出的用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備間通訊的一個過渡性協(xié)議。實現(xiàn)4~20mA模擬信號與數(shù)字通訊兼容的標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)場總線的過渡性標(biāo)準(zhǔn)。HART協(xié)議是一個開放性協(xié)議，已成為智能儀表事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：1996年，HART協(xié)議產(chǎn)品產(chǎn)量為60萬臺，F(xiàn)isher-Rosemount公司的25萬臺變送器中HART協(xié)議產(chǎn)品約占76%。9.1HART協(xié)議簡介協(xié)議根本情況2、支持雙絞線全數(shù)字通信，可構(gòu)成15個站網(wǎng)絡(luò)3、支持OSI開放體系結(jié)構(gòu)，1、2、7、層OSILayerFunctionHART7ApplicationProvidestheUserwithNetworkCapableApplicationsProvidestheUserwithNetworkCapableApplications6presentationConvertsApplicationDataBetweenNetworkandLocalMachineFormats5SessionConnectionManagementServicesforApplications4TransportProvidesNetworkIndependent,TransparentMessageTransfer3NetworkEndtoEndRoutingofPackets.ResolvingNetworkAddresses2DataLinkEstablishesDataPacketStructure.Framing,ErrorDetection,BusArbitrationABinary,ByteOriented,TokenPassingMaster/slaveProtocol1PhysicalMechanical/ElectricalConnectionTransmitsRawBitStreamSimultaneousAnalog&DigitalSignaling.Normal4-20mACopperWiring通信模型HART命令數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)Bell202物理層載波傳輸數(shù)據(jù)鏈路層通信方式：1〕主從式通信由主設(shè)備來控制數(shù)據(jù)幀的傳送最多允許15個從設(shè)備連接到一條多點通訊線上2〕突發(fā)模式從設(shè)備定時重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀3〕半雙工通訊方式尋址范圍：0~15當(dāng)?shù)刂窞?時，處于4~20mADC與數(shù)字通信兼容狀態(tài)。當(dāng)?shù)刂窞?~15時，那么處于全數(shù)字通信狀態(tài)。數(shù)據(jù)鏈路層1bit起始位+8bit數(shù)據(jù)+1bit奇偶校驗位+1bit停止位最多25字節(jié)規(guī)定通信數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，每個字符由11位組成：應(yīng)用層規(guī)定HART命令：第一類通用命令第二類普通應(yīng)用命令第三類專用命令應(yīng)用層通用命令：對所有符合HART協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備都適用的命令。包括以下內(nèi)容：讀變送器的量程、單位以及阻尼時間常數(shù)；讀出傳感器串聯(lián)數(shù)目及其限制；寫入輪詢地址；讀出制造廠及產(chǎn)品型號；讀出主變量及單位；讀出電流的輸出及百分比輸出；讀寫8個字符的標(biāo)牌號，16個字符的描述內(nèi)容以及日期等；應(yīng)用層普通應(yīng)用命令：適用于大局部符合HART協(xié)議的產(chǎn)品，但不同公司的HART產(chǎn)品可能會有少量區(qū)別，如寫主變量單位，微調(diào)DA的零點和增益等：寫入阻尼時間常數(shù)；寫入變送器量程；標(biāo)定〔設(shè)置零點和量程〕；微調(diào)主變量零點；微調(diào)DAC的零點和增益；完成自檢及主機復(fù)位；應(yīng)用層特殊命令：僅適用于某種具體的現(xiàn)場設(shè)備。這是各家公司的產(chǎn)品自己所特有的命令，不互相兼容，如特征化，微調(diào)傳感頭校正等。：讀出或?qū)懭腴_方小流量截斷值；啟動、停止或去除累積器；選擇主變量〔質(zhì)量流量或密度〕；讀出或?qū)懭虢M態(tài)信息資料；微調(diào)傳感器的標(biāo)定；HART通訊模式第一種“問答式〞：2次/秒，適用點對點、多站連接第二種“成組模式〞：3.7次/秒，只適用點對點連接HART協(xié)議特點和優(yōu)點1、模擬信號帶有過程控制信息，數(shù)字信號允許雙向通信。2、(智能化現(xiàn)場儀表+模擬儀表、記錄儀及控制器)混合

系統(tǒng)3、支持多主站數(shù)字通信，節(jié)省導(dǎo)線，減少安裝費4、通過租用線連接儀表，使遠(yuǎn)方的現(xiàn)場儀表使用相對廉價的接口設(shè)備。5、允許“問答式〞及“成組模式〞通信方式。6、報文結(jié)構(gòu)靈活、標(biāo)準(zhǔn)、一次通信可攜帶4個過程變量主要內(nèi)容

物理層規(guī)定：

信號的傳輸方式、信號電壓、設(shè)備阻抗和傳輸介質(zhì)等。通常以雙絞線為傳輸介質(zhì)。HART數(shù)據(jù)傳輸是4~20mA數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄U展，它在低頻的4~20mA電流上疊加了一高頻電流，兩種信號共享硬件，但在頻率上是分開的。HART協(xié)議硬件、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層之間的關(guān)系應(yīng)用層微處理器鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)信息錯誤控制異步收發(fā)器（UART）調(diào)制解調(diào)器（MODEM）物理層信號電壓頻率

電纜傳輸介質(zhì)HART能識別三種不同的設(shè)備：第一種是最根本的現(xiàn)場設(shè)備，包括從設(shè)備和成組模式設(shè)備；現(xiàn)場儀表第二種設(shè)備是根本主設(shè)備，它是與現(xiàn)場設(shè)備進行通信的主要設(shè)備；第三類設(shè)備是副主設(shè)備，它是鏈路的臨時使用者。物理層標(biāo)準(zhǔn)提供了建立和使用HART網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的根本信息，這些信息用來：(1)提供HART設(shè)備間的互操作性；(2)在各種條件下提供可接受的通信；(3)減小與4~~20mA信號之間的竄擾。信號發(fā)生單元：現(xiàn)場儀表、根本主設(shè)備、副主設(shè)備非信號發(fā)生單元：模擬控制器、電纜、網(wǎng)絡(luò)電源、本質(zhì)平安隔離柵、接線盒、接線板、連接件、混合硬件〔通信器件〕網(wǎng)絡(luò)硬件信號發(fā)生單元根據(jù)功率要求及設(shè)備是向網(wǎng)絡(luò)提供還是從網(wǎng)絡(luò)吸收一偏置電流或操作電流，現(xiàn)場設(shè)備可分為四類：A、B、C、D類型描述ABCD從網(wǎng)絡(luò)吸收直流，并從網(wǎng)絡(luò)吸收操作功率從網(wǎng)絡(luò)吸收直流，但不從網(wǎng)絡(luò)吸收操作功率向網(wǎng)絡(luò)提供直流，不從網(wǎng)絡(luò)吸收操作功率不提供直流，也不吸收直流和操作功率現(xiàn)場設(shè)備的分類參數(shù)點對點網(wǎng)絡(luò)多點網(wǎng)絡(luò)基本主設(shè)備數(shù)目0或11副主設(shè)備數(shù)目0或10或1現(xiàn)場儀表數(shù)目（可能受到功率、單元電容或網(wǎng)絡(luò)特性阻抗的限制）11~15單元極性有極性或無極性有極性或無極性（可混合用）現(xiàn)場儀表類型ABC或DA，B和D可混用C和D可混用允許現(xiàn)場儀表信號類型數(shù)字型或數(shù)字+模擬型只有數(shù)字型信號發(fā)生單位的組合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求：1、信號發(fā)生單元可接在網(wǎng)絡(luò)的任何位置。2、現(xiàn)場儀表和副主設(shè)備均為并聯(lián)。3、每個信號發(fā)生單元只能有一條途徑與其他單元相連(網(wǎng)絡(luò)中不能有環(huán)路〕HART拓樸結(jié)構(gòu)4、網(wǎng)絡(luò)至少需要一個主設(shè)備或模擬控制器和一個現(xiàn)場儀表。5、本質(zhì)平安柵可被置于主設(shè)備或模擬控制器與網(wǎng)絡(luò)之間，副主設(shè)備可在平安柵的任何一側(cè)。6、網(wǎng)絡(luò)的一個或多個局部的組合可被組合在一個設(shè)備中。7、連接點可放在網(wǎng)絡(luò)的任何位置。連接點僅僅是一個電氣連接，混合設(shè)備也可置于網(wǎng)絡(luò)的任何位置。8、在網(wǎng)絡(luò)工作時，現(xiàn)場儀表可以被移走或更換，副主設(shè)備也可被連到網(wǎng)絡(luò)上。9、在網(wǎng)絡(luò)工作時必須防止通信電纜間兩根導(dǎo)線的短路。10、不同的HART網(wǎng)絡(luò)只能在其根本主設(shè)備或模擬控制器附近有一處公共連接。11、在多點網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)主設(shè)備或模擬控制器與同一根電纜中的多對線相連時，主設(shè)備或模擬控制器通常需置于電纜的一端，主設(shè)備與多對電纜之間不能接入單對電纜。12、別離的HART網(wǎng)絡(luò)可共用同一多對電纜。電纜特性與長度電纜應(yīng)單對屏蔽或多對一起屏蔽。電纜導(dǎo)線的最小直徑尺寸如下：總長小于5000英尺：#24AWG〔芯線直徑0.51mm)總長大于5000英尺(單對)：#24AWG(芯線直徑0.81mm)采用單對電纜時，網(wǎng)絡(luò)中電纜的最大長度L應(yīng)小于10000英尺(3000m)。多對電纜的最大長度應(yīng)限制5000英尺(1500m)以內(nèi)。假設(shè)多對電纜與單對電纜一起組網(wǎng)，那么網(wǎng)絡(luò)中電纜的最大長度不超過5000英尺(1500m)。電源饋送與隔離柵現(xiàn)場儀表對電源的需求取決于現(xiàn)場儀表的類型。需要從網(wǎng)絡(luò)以外的地方獲取能量的B，C，D型現(xiàn)場儀表，可以通過多對電纜中的另外某對電纜供電?，F(xiàn)場儀表類型網(wǎng)絡(luò)供電A從網(wǎng)絡(luò)吸收直流，并從網(wǎng)絡(luò)吸收操作功率B從網(wǎng)絡(luò)吸收直流，但不從網(wǎng)絡(luò)吸收操作功率C向網(wǎng)絡(luò)提供直流，不從網(wǎng)絡(luò)吸收操作功率D不提供直流，也不吸收直流和操作功率需要需要不可用不要求，但可用現(xiàn)場儀表對電源需求如網(wǎng)絡(luò)需要供電，電源應(yīng)接于根本主設(shè)備或

模擬控制器處。有供給和回流柵只有供給柵網(wǎng)絡(luò)電源連接屏蔽與接地一點接地開路狀態(tài)有隔離柵的屏蔽與接地沒有隔離柵的屏蔽與接地數(shù)字信號要求HART信號由雙絞線的兩根導(dǎo)線之間的電壓構(gòu)成，它由主設(shè)備產(chǎn)生。HART數(shù)據(jù)幀以異步方式傳送串行字節(jié)序列。

HART數(shù)據(jù)采用二值相位連續(xù)式頻移鍵控信號以每秒1200比特的速率傳送。一個字節(jié)有11位。HART數(shù)字信號幀主要內(nèi)容

9.3數(shù)據(jù)鏈路層概述協(xié)議可以對通信中因噪聲引起的錯誤進行修正。當(dāng)不使用4—20mA信號時，一個通信鏈路可連接多達(dá)15個短地址從設(shè)備。協(xié)議支持從設(shè)備在通信通道上進行周期性播送的成組模式通信。協(xié)議可對根本主設(shè)備和副主設(shè)備對現(xiàn)場設(shè)備的訪問進行仲裁。鏈路上設(shè)備間的信息傳輸是通過一定的格式實現(xiàn)的。通信協(xié)議能識別三種不同的設(shè)備類型。從設(shè)備、成組模式設(shè)備、主設(shè)備。數(shù)據(jù)幀格式：主從設(shè)備之間的短型幀類型編碼001成組模式幀010STX幀110ACK幀其余均保存數(shù)據(jù)幀格式：主從設(shè)備之間的長型幀類型編碼001成組模式幀010STX幀110ACK幀其余均保存數(shù)據(jù)幀格式——成組設(shè)備至主設(shè)備的幀

注：成組模式設(shè)備只產(chǎn)生長幀響應(yīng)碼場的第一字節(jié)的第7位總是被清零，因為此模式?jīng)]有報告通信錯誤的消息。第二個字節(jié)含有數(shù)據(jù)鏈路與設(shè)備狀態(tài)。幀類型編碼001成組模式幀010STX幀110ACK幀其余均保存主要內(nèi)容

9.4HART命令HART協(xié)議的應(yīng)用層為HART命令，HART設(shè)備通過這些命令區(qū)分對方信息的含義。通用命令、普通應(yīng)用命令、專用命令三種。HART協(xié)議的各種命令統(tǒng)一由HART數(shù)據(jù)幀中的命令字節(jié)進行二進制編碼，也就是說，HART協(xié)議最多可提供256種不同的命令。28命令場的8位字節(jié)。主機命令的一致性分類命令分類及其描述：類別描述1用于獲取根本變量的只讀命令1A用于獲取根本變量的量程百分比及電流的只讀命令2從所有設(shè)備中獲取通用信息的只讀命令3用于獲取各個設(shè)備的專有信息的只讀命令，可訪問設(shè)備中的所有信息4向每個設(shè)備發(fā)送一般操作所需信息的只寫命令5向每個設(shè)備發(fā)送初始設(shè)置所需信息的只寫命令其他不屬于以上類別的讀寫功能，這些命令將不能被另一廠家的主機處理編碼和用途舉例一致性分類命令僅包括通用命令和普通應(yīng)用命令。類別1(通用命令〕0讀設(shè)備識別碼1讀根本變量類別1A(通用命令〕0讀識別碼1讀設(shè)備根本變量量程百分比及電流類別2(通用命令)4(100)2保存位11(1011)2讀與位號(Tag〕有關(guān)的標(biāo)識符12(1100)2讀與設(shè)備有關(guān)的信息變送器命令分類變送器命令有通用、普通應(yīng)用、變送器專用三類變送器命令分配如下：命令編碼命令種類0通用命令30通用命令31保存32普通應(yīng)用命令127保存128變送器專用命令253變送器專用命令254保存255保存響應(yīng)碼信息—第一個字節(jié)響應(yīng)碼的第一個字節(jié)的第7位如果置位，那么剩余的位包含了有關(guān)通信錯誤的信息；第一個字節(jié)的第7位如果復(fù)位，那么剩余的位用來表示命令響應(yīng)信息。1023456710234567byte1byte2響應(yīng)碼信息—第一個字節(jié)Bit7=1時，其余位表示接收時的錯誤信息：Bit6垂直奇偶校驗錯誤Bit5覆蓋錯誤Bit4幀錯誤Bit3縱向奇偶校驗錯誤Bit2保存，應(yīng)清零。Bit1緩沖區(qū)溢出Bit0未定義：至今尚未定義Bit7=0時，那么該字節(jié)包含有關(guān)命令執(zhí)行情況的信息。其余bit6-bit0編碼，范圍無符號整