HART 協議簡介
C1 Smart 裝置與HART 協議
Smart Smart 裝置具有微處理器 它們除具有傳統儀表的類似功能外 還具有許多附加功能為了使用這些附加特性 Smart 裝置通常需要一個手持式通信器對儀表進行設置和控制數字通信 儀表與通信器可采用適當的串行通訊方式而分開安裝 這種通訊是通過連接現場裝置與中央控制室的兩根導線完成的 采用HART 協議的Smart 現場裝置允許模擬信號和數字信號同時一對導線上傳送且不破壞模擬信號附加信息 數字通信允許在現場裝置中保存附加信息 需要時再讀取 變送器可存儲與系統管理相關的信息多點通信 如果采用數字方式讀取被測量 就不再需要4mA~20mA 模擬信號了 此時 可將多臺現場設備連接在一對導線上 分別讀取變送器數據 這樣做時 每個設備都必須有*的地址并在主站發出的請求信息中應包含該地址信息 在多點方式時 變送器模擬量輸出被設置為4mA 主要是為變送器供電 各個現場裝置并聯連接
HART 協議 HART 協議由Rosemount 公司開發 且已向每個使用者開放 HART 協議采用標準
的Bell 202 頻移鍵控信號以1200 波特通信 以低電平加載于4mA~20mA 模擬信號上 由于載波信號的平均值為零 所以它對模擬信號沒有影響 使用兩種不同的頻率 1200Hz 和2200Hz 分別代表二進制的1 和0 每個信息包含源地址 目的地址和一個用于檢測傳送信息正誤的校驗和附圖C1 HAR T 協議信息結構形式 C2 物理信號 連接回路 在連接一個現場裝置的回路中電源 變送器和負載電阻可以任意順序連接 且接地點亦可任意選擇 手持終端或主站通訊電路不能直接跨接在電源兩端 HART 規范允許負載電阻為
230 ~600 有些HART 裝置采用就地電源提供激勵以獲得4mA~20mA 輸出和HART 通信而不是采用上述二線制方案 在多點運行時可以電流回路和激勵電源共用一對線路 也可以采用三線制 由于三絞電纜不易得到 所以這種混合系統必須由兩對雙絞線構成并在負載電阻處連接在一起裝置特性 為使HART 系統的設計簡化以便在不必詳細了解系統內各裝置的情況下就能方便的構成系統 必須限制各裝置的阻抗
信號衰減與失真—65 S 限制 任何網絡都含有電阻和電容 從而將引起傳輸信號的衰減 延遲或相移 為確保負載電阻兩端的HART 信號可靠的接收 從現場來的信號衰減不能超過3db 為確保上述條件得到滿足 HART 規范要求zui小截止頻率稍高于zui高HART 信號頻率 由電阻電容組合的RC 時間常數值小于65 S 在簡單的HART 系統中 電阻是負載電阻與電纜電阻之和電容是電纜電容與所聯裝置電容之和 電纜超過幾米后 其電阻和電容對RC 時間常數的影響不能忽略電源 用于驅動HART 回路的電源應滿足附表C2 要求
附表C2 用于HART 回路的電源要求
C3 信息編碼 信息結構與轉換程序
HART 協議的主從結構意味著每個信息處理起源于主站 而從站僅響應接收到的命令信息HART 協議允許在一個系統中有兩個主站 通常1#主站為控制系統或其它主要設備 而2#主站為手持式通信器或備用計算機轉換程序 主站負責控制信息的轉換 如在規定時間內對命令無響應 主站將重發信息 幾次重發后仍無響應時 主站則停止轉換處理 一旦轉換處理結束 在發送另一命令前主站將暫停一個短時間 以便其它主站插入 使兩個主站與從站輪流通信陣發模式 Burst 為達到較高的數據速率 一些現場裝置可選擇陣發模式傳送 字符編碼 HART 信息編碼時把一個字節變成一個串 每字節加上一個起始位 一個奇偶校驗位
和一個停止位 HART 協議信息結構形式見附圖C1 長短幀格式 早期的HART 設備使用短幀格式 在這種格式中從設備的地址為0~15 HART 第五版引入長幀格式 在這種格式中 從站地址范圍很寬 為一具有38bit 的數 新的現場設備使用長幀格式 老的現場設備使用短幀格式 主站應提供兩種方式以便處理現存現場設備與新設備準備字符 準備字段包括三個以上16 進制FF 字符 作用是使接收調制解調器的頻率檢測電路同步接收后續傳送的信號地址 地址字段包括主站地址和從站地址 在短幀格式中他們包含在一個字節內 在長幀格式中包含在5 個字節中 在任何格式中 主站地址占據1bit 1 號主站如控制系統用地址 1 2 號主站如手操器用地址 0 陣發模式信息例外 有效比特位交替設置成0 和1 以使每個主站
可中斷陣發模式 在短幀格式中 從站可登記地址范圍為 0~15 這個數字占據一個地址字節在長幀格式中 5 個字節地址的剩余38 位作為從設備*登記地址命令 命令字節包含一個整型數 0~255 代表一個HART 命令字節數 字節數也包含一個整型數 代表這條信息包含的字節數接收裝置據此確定校驗和字節并確定信息接收是否完整 狀態 狀態只包含在從站返回的應答信息中 它包含在兩字節的比特編碼信息中 *字節指示通信錯誤 若通信無誤 該字節只是被接收命令的狀態 第二字節代表設備的運行狀態 正確操作從設備時 兩字節均為零 數據 并非所有命令或應大都由數據 數據可多達24 字節 數據形式可為無符號整型數 浮點數或ASCII 字符串`C4 命令
HART 命令 分三組 通用命令 通用命令是所有現場裝置都配備的 包括
1） 讀制造商碼和設備類型
2） 讀一次變量 PV 和單位
3） 讀當前輸出和百分量程
4） 讀取多達4 個預先定義的動態變量
5） 讀或寫8 字符標簽 16 字符描述符 日期
6） 讀或寫32 字符信息
7） 讀變送器量程 單位 阻尼時間常數
8） 讀傳感器編號和極限
9） 讀或寫zui終安裝數
10） 寫登錄地址
常用命令 常用命令提供的功能是大部分但不是全部現場裝置都配備的 包括
1 讀4 個動態變量之一
2 寫阻尼時間常數
3 寫變送器量程
4 校準 置零 置間隔
5 設置固定的輸出電流
6 執行自檢
7 執行主站復位
8 調整PV 零點
9 寫PV 單位
10 調整DAC 零點于增益
11 寫變換函數 平方根/線性
12 寫傳感器編號
13 讀或寫動態變量用途
命令 命令提供分別對特殊的現場裝置適用的功能 包括
1 讀或寫低流量截止值
2 起動 停止或取消累積器
3 讀或寫密度校準系數
4 選擇一次變量
5 讀或寫結構材料信息
6 調整傳感器校準值
