HART 协议简介
C1 Smart装置与 HART协议
Smart Smart 装置具有微处理器 它们除具有传统仪表的类似功能外 还具有许多附加功能
为了使用这些附加特性 Smart装置通常需要一个手持式通信器对仪表进行设置和控制
数字通信 仪表与通信器可采用适当的串行通讯方式而分开安装 这种通讯是通过连接现场装置
与中央控制室的两根导线完成的 采用 HART协议的 Smart现场装置允许模拟信号和数字信号同
时一对导线上传送且不破坏模拟信号
附加信息 数字通信允许在现场装置中保存附加信息 需要时再读取 变送器可存储与系统管理
相关的信息
多点通信 如果采用数字方式读取被测量 就不再需要 4mA~20mA模拟信号了 此时 可将多
台现场设备连接在一对导线上 分别读取变送器数据 这样做时 每个设备都必须有唯一的地址
并在主站发出的请求信息中应包含该地址信息 在多点方式时 变送器模拟量输出被设置为
4mA 主要是为变送器供电 各个现场装置并联连接
HART协议 HART协议由 Rosemount公司开发 且已向每个使用者开放 HART协议采用标准
的 Bell 202频移键控信号以 1200波特通信 以低电平加载于 4mA~20mA模拟信号上 由于载波
信号的平均值为零 所以它对模拟信号没有影响 使用两种不同的频率 1200Hz和 2200Hz 分
别代表二进制的 1和 0 每个信息包含源地址 目的地址和一个用于检测传送信息正误的校验和
附图 C1 HART协议信息结构形式
C2 物理信号
连接回路 在连接一个现场装置的回路中电源 变送器和负载电阻可以任意顺序连接 且接地点
亦可任意选择 手持终端或主站通讯电路不能直接跨接在电源两端 HART规范允许负载电阻为
230 ~600 有些 HART装置采用就地电源提供激励以获得 4mA~20mA输出和 HART通信
而不是采用上述二线制方案 在多点运行时可以电流回路和激励电源共用一对线路 也可以采用
三线制 由于三绞电缆不易得到 所以这种混合系统必须由两对双绞线构成并在负载电阻处连接
在一起
装置特性 为使 HART 系统的设计简化以便在不必详细了解系统内各装置的情况下就能方便的
构成系统 必须限制各装置的阻抗
信号衰减与失真—65 S限制 任何网络都含有电阻和电容 从而将引起传输信号的衰减 延迟
或相移 为确保负载电阻两端的 HART信号可靠的接收 从现场来的信号衰减不能超过 3db 为
确保上述条件得到满足 HART规范要求最小截止频率稍高于最高 HART信号频率 由电阻电容
组合的 RC时间常数值小于 65 S 在简单的 HART系统中 电阻是负载电阻与电缆电阻之和
电容是电缆电容与所联装置电容之和 电缆超过几米后 其电阻和电容对 RC时间常数的影响不
能忽略
电源 用于驱动 HART回路的电源应满足附表 C2要求
附表 C2 用于 HART回路的电源要求
C3 信息编码 信息结构与转换程序
HART协议的主从结构意味着每个信息处理起源于主站 而从站仅响应接收到的命令信息
HART 协议允许在一个系统中有两个主站 通常 1#主站为控制系统或其它主要设备 而 2#主站
为手持式通信器或备用计算机
转换程序 主站负责控制信息的转换 如在规定时间内对命令无响应 主站将重发信息 几次重
发后仍无响应时 主站则停止转换处理 一旦转换处理结束 在发送另一命令前主站将暂停一个
短时间 以便其它主站插入 使两个主站与从站轮流通信
阵发模式 Burst 为达到较高的数据速率 一些现场装置可选择阵发模式传送
字符编码 HART信息编码时把一个字节变成一个串 每字节加上一个起始位 一个奇偶校验位
和一个停止位 HART协议信息结构形式见附图 C1
长短帧格式 早期的 HART 设备使用短帧格式 在这种格式中从设备的地址为 0~15 HART 第
五版引入长帧格式 在这种格式中 从站地址范围很宽 为一具有 38bit的数 新的现场设备使
用长帧格式 老的现场设备使用短帧格式 主站应提供两种方式以便处理现存现场设备与新设备
准备字符 准备字段包括三个以上 16 进制 FF 字符 作用是使接收调制解调器的频率检测电路
同步接收后续传送的信号
地址 地址字段包括主站地址和从站地址 在短帧格式中他们包含在一个字节内 在长帧格式中
包含在 5 个字节中 在任何格式中 主站地址占据 1bit 1 号主站如控制系统用地址 1 2 号
主站如手操器用地址 0 阵发模式信息例外 有效比特位交替设置成 0 和 1 以使每个主站
可中断阵发模式 在短帧格式中 从站可登记地址范围为 0~15 这个数字占据一个地址字节
在长帧格式中 5个字节地址的剩余 38位作为从设备唯一登记地址
命令 命令字节包含一个整型数 0~255 代表一个 HART命令
字节数 字节数也包含一个整型数 代表这条信息包含的字节数接收装置据此确定校验和字节并
确定信息接收是否完整
状态 状态只包含在从站返回的应答信息中 它包含在两字节的比特编码信息中 第一字节指示
通信错误 若通信无误 该字节只是被接收命令的状态 第二字节代表设备的运行状态 正确操
作从设备时 两字节均为零
数据 并非所有命令或应大都由数据 数据可多达 24字节 数据形式可为无符号整型数 浮点
数或 ASCII字符串`
C4 命令
HART命令 分三组
通用命令 通用命令是所有现场装置都配备的 包括
1) 读制造商码和设备类型
2) 读一次变量 PV 和单位
3) 读当前输出和百分量程
4) 读取多达 4个预先定义的动态变量
5) 读或写 8字符标签 16字符描述符 日期
6) 读或写 32字符信息
7) 读变送器量程 单位 阻尼时间常数
8) 读传感器编号和极限
9) 读或写最终安装数
10) 写登录地址
常用命令 常用命令提供的功能是大部分但不是全部现场装置都配备的 包括
1 读 4个动态变量之一
2 写阻尼时间常数
3 写变送器量程
4 校准 置零 置间隔
5 设置固定的输出电流
6 执行自检
7 执行主站复位
8 调整 PV零点
9 写 PV单位
10 调整 DAC零点于增益
11 写变换函数 平方根/线性
12 写传感器编号
13 读或写动态变量用途
专用命令 专用命令提供分别对特殊的现场装置适用的功能 包括
1 读或写低流量截止值
2 起动 停止或取消累积器
3 读或写密度校准系数
4 选择一次变量
5 读或写结构材料信息
6 调整传感器校准值
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