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(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備間通訊的一個(gè)過(guò)渡性協(xié)議。實(shí)現(xiàn)4~20mA模擬信號(hào)與數(shù)字通訊兼容的標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)場(chǎng)總線的過(guò)渡性標(biāo)準(zhǔn)。HART協(xié)議是一個(gè)開(kāi)放性協(xié)議，已成為智能儀表事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：1996年，HART協(xié)議產(chǎn)品產(chǎn)量為60萬(wàn)臺(tái)，F(xiàn)isher-Rosemount公司的25萬(wàn)臺(tái)變送器中HART協(xié)議產(chǎn)品約占76%。9.1HART協(xié)議簡(jiǎn)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(gè)站網(wǎng)絡(luò)3、支持OSI開(kāi)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(lái)控制數(shù)據(jù)幀的傳送最多允許15個(gè)從設(shè)備連接到一條多點(diǎn)通訊線上2〕突發(fā)模式從設(shè)備定時(shí)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(shí)，處于4~20mADC與數(shù)字通信兼容狀態(tài)。當(dāng)?shù)刂窞?~15時(shí)，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(yàn)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(gè)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(duì)所有符合HART協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(hào)；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(gè)字符的標(biāo)牌號(hào)，16個(gè)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(huì)有少量區(qū)別，如寫主變量單位，微調(diào)DA的零點(diǎn)和增益等：寫入阻尼時(shí)間常數(shù)；寫入變送器量程；標(biāo)定〔設(shè)置零點(diǎn)和量程〕；微調(diào)主變量零點(diǎn)；微調(diào)DAC的零點(diǎn)和增益；完成自檢及主機(jī)復(fù)位；應(yīng)用層特殊命令：僅適用于某種具體的現(xiàn)場(chǎng)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_(kāi)方小流量截?cái)嘀担粏?dòng)、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(wèn)答式〞：2次/秒，適用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多站連接第二種“成組模式〞：3.7次/秒，只適用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接HART協(xié)議特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)1、模擬信號(hào)帶有過(guò)程控制信息，數(shù)字信號(hào)允許雙向通信。2、(智能化現(xiàn)場(chǎng)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(fèi)4、通過(guò)租用線連接儀表，使遠(yuǎn)方的現(xiàn)場(chǎng)儀表使用相對(duì)廉價(jià)的接口設(shè)備。5、允許“問(wèn)答式〞及“成組模式〞通信方式。6、報(bào)文結(jié)構(gòu)靈活、標(biāo)準(zhǔn)、一次通信可攜帶4個(gè)過(guò)程變量主要內(nèi)容

物理層規(guī)定：

信號(hào)的傳輸方式、信號(hào)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(kuò)展，它在低頻的4~20mA電流上疊加了一高頻電流，兩種信號(hào)共享硬件，但在頻率上是分開(kāi)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(cuò)誤控制異步收發(fā)器（UART）調(diào)制解調(diào)器（MODEM）物理層信號(hào)電壓頻率

電纜傳輸介質(zhì)HART能識(shí)別三種不同的設(shè)備：第一種是最根本的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，包括從設(shè)備和成組模式設(shè)備；現(xiàn)場(chǎng)儀表第二種設(shè)備是根本主設(shè)備，它是與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)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(shí)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(lái)：(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(hào)之間的竄擾。信號(hào)發(fā)生單元：現(xiàn)場(chǎng)儀表、根本主設(shè)備、副主設(shè)備非信號(hào)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(hào)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(chǎng)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(chǎng)設(shè)備的分類參數(shù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)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(chǎng)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(wú)極性有極性或無(wú)極性（可混合用）現(xiàn)場(chǎng)儀表類型ABC或DA，B和D可混用C和D可混用允許現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)類型數(shù)字型或數(shù)字+模擬型只有數(shù)字型信號(hào)發(fā)生單位的組合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求：1、信號(hào)發(fā)生單元可接在網(wǎng)絡(luò)的任何位置。2、現(xiàn)場(chǎng)儀表和副主設(shè)備均為并聯(lián)。3、每個(gè)信號(hào)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(gè)主設(shè)備或模擬控制器和一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)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(gè)或多個(gè)局部的組合可被組合在一個(gè)設(shè)備中。7、連接點(diǎn)可放在網(wǎng)絡(luò)的任何位置。連接點(diǎn)僅僅是一個(gè)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(shí)，現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(diǎn)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(duì)線相連時(shí)，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(duì)電纜之間不能接入單對(duì)電纜。12、別離的HART網(wǎng)絡(luò)可共用同一多對(duì)電纜。電纜特性與長(zhǎng)度電纜應(yīng)單對(duì)屏蔽或多對(duì)一起屏蔽。電纜導(dǎo)線的最小直徑尺寸如下：總長(zhǎng)小于5000英尺：#24AWG〔芯線直徑0.51mm)總長(zhǎng)大于5000英尺(單對(duì))：#24AWG(芯線直徑0.81mm)采用單對(duì)電纜時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中電纜的最大長(zhǎng)度L應(yīng)小于10000英尺(3000m)。多對(duì)電纜的最大長(zhǎng)度應(yīng)限制5000英尺(1500m)以內(nèi)。假設(shè)多對(duì)電纜與單對(duì)電纜一起組網(wǎng)，那么網(wǎng)絡(luò)中電纜的最大長(zhǎng)度不超過(guò)5000英尺(1500m)。電源饋送與隔離柵現(xiàn)場(chǎng)儀表對(duì)電源的需求取決于現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)儀表，可以通過(guò)多對(duì)電纜中的另外某對(duì)電纜供電?，F(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)儀表對(duì)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(diǎn)接地開(kāi)路狀態(tài)有隔離柵的屏蔽與接地沒(méi)有隔離柵的屏蔽與接地?cái)?shù)字信號(hào)要求HART信號(hào)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(hào)以每秒1200比特的速率傳送。一個(gè)字節(jié)有11位。HART數(shù)字信號(hào)幀主要內(nèi)容

9.3數(shù)據(jù)鏈路層概述協(xié)議可以對(duì)通信中因噪聲引起的錯(cuò)誤進(jìn)行修正。當(dāng)不使用4—20mA信號(hào)時(shí)，一個(gè)通信鏈路可連接多達(dá)15個(gè)短地址從設(shè)備。協(xié)議支持從設(shè)備在通信通道上進(jìn)行周期性播送的成組模式通信。協(xié)議可對(duì)根本主設(shè)備和副主設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的訪問(wèn)進(jìn)行仲裁。鏈路上設(shè)備間的信息傳輸是通過(guò)一定的格式實(shí)現(xiàn)的。通信協(xié)議能識(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)幀響應(yīng)碼場(chǎng)的第一字節(jié)的第7位總是被清零，因?yàn)榇四Ｊ經(jīng)]有報(bào)告通信錯(cuò)誤的消息。第二個(gè)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(guò)這些命令區(qū)分對(duì)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(jìn)行二進(jìn)制編碼，也就是說(shuō)，HART協(xié)議最多可提供256種不同的命令。28命令場(chǎng)的8位字節(jié)。主機(jī)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(gè)設(shè)備的專有信息的只讀命令，可訪問(wèn)設(shè)備中的所有信息4向每個(gè)設(shè)備發(fā)送一般操作所需信息的只寫命令5向每個(gè)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(jī)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(shí)別碼1讀根本變量類別1A(通用命令〕0讀識(shí)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(hào)(Tag〕有關(guān)的標(biāo)識(shí)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(gè)字節(jié)響應(yīng)碼的第一個(gè)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(cuò)誤的信息；第一個(gè)字節(jié)的第7位如果復(fù)位，那么剩余的位用來(lái)表示命令響應(yīng)信息。1023456710234567byte1byte2響應(yīng)碼信息—第一個(gè)字節(jié)Bit7=1時(shí)，其余位表示接收時(shí)的錯(cuò)誤信息：Bit6垂直奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤Bit5覆蓋錯(cuò)誤Bit4幀錯(cuò)誤Bit3縱向奇偶校驗(yàn)錯(cuò)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(shí)，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(wú)符號(hào)整