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HART 協(xié)議簡介
C1 Smart 裝置與HART 協(xié)議
Smart Smart 裝置具有微處理器 它們除具有傳統(tǒng)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(jìn)行設(shè)置和控制數(shù)字通信 儀表與通信器可采用適當(dāng)?shù)拇型ㄓ嵎绞蕉珠_安裝 這種通訊是通過連接現(xiàn)場裝置與中央控制室的兩根導(dǎo)線完成的 采用HART 協(xié)議的Smart 現(xiàn)場裝置允許模擬信號和數(shù)字信號同時一對導(dǎo)線上傳送且不破壞模擬信號附加信息 數(shù)字通信允許在現(xiàn)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(tǒng)管理相關(guān)的信息多點(diǎn)通信 如果采用數(shù)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(xiàn)場設(shè)備連接在一對導(dǎo)線上 分別讀取變送器數(shù)據(jù) 這樣做時 每個設(shè)備都必須有*的地址并在主站發(fā)出的請求信息中應(yīng)包含該地址信息 在多點(diǎn)方式時 變送器模擬量輸出被設(shè)置為4mA 主要是為變送器供電 各個現(xiàn)場裝置并聯(lián)連接
HART 協(xié)議 HART 協(xié)議由Rosemount 公司開發(fā) 且已向每個使用者開放 HART 協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)
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(jìn)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(xié)議信息結(jié)構(gòu)形式 C2 物理信號 連接回路 在連接一個現(xiàn)場裝置的回路中電源 變送器和負(fù)載電阻可以任意順序連接 且接地點(diǎn)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(guī)范允許負(fù)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(diǎn)運(yùn)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(tǒng)必須由兩對雙絞線構(gòu)成并在負(fù)載電阻處連接在一起裝置特性 為使HART 系統(tǒng)的設(shè)計簡化以便在不必詳細(xì)了解系統(tǒng)內(nèi)各裝置的情況下就能方便的構(gòu)成系統(tǒng) 必須限制各裝置的阻抗
信號衰減與失真—65 S 限制 任何網(wǎng)絡(luò)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(fù)載電阻兩端的HART 信號可靠的接收 從現(xiàn)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(guī)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(shù)值小于65 S 在簡單的HART 系統(tǒng)中 電阻是負(fù)載電阻與電纜電阻之和電容是電纜電容與所聯(lián)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(shù)的影響不能忽略電源 用于驅(qū)動HART 回路的電源應(yīng)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(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換程序
HART 協(xié)議的主從結(jié)構(gòu)意味著每個信息處理起源于主站 而從站僅響應(yīng)接收到的命令信息HART 協(xié)議允許在一個系統(tǒng)中有兩個主站 通常1#主站為控制系統(tǒng)或其它主要設(shè)備 而2#主站為手持式通信器或備用計算機(jī)轉(zhuǎn)換程序 主站負(fù)責(zé)控制信息的轉(zhuǎn)換 如在規(guī)定時間內(nèi)對命令無響應(yīng) 主站將重發(fā)信息 幾次重發(fā)后仍無響應(yīng)時 主站則停止轉(zhuǎn)換處理 一旦轉(zhuǎn)換處理結(jié)束 在發(fā)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(fā)模式 Burst 為達(dá)到較高的數(shù)據(jù)速率 一些現(xiàn)場裝置可選擇陣發(fā)模式傳送 字符編碼 HART 信息編碼時把一個字節(jié)變成一個串 每字節(jié)加上一個起始位 一個奇偶校驗位
和一個停止位 HART 協(xié)議信息結(jié)構(gòu)形式見附圖C1 長短幀格式 早期的HART 設(shè)備使用短幀格式 在這種格式中從設(shè)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(shù) 新的現(xiàn)場設(shè)備使用長幀格式 老的現(xiàn)場設(shè)備使用短幀格式 主站應(yīng)提供兩種方式以便處理現(xiàn)存現(xiàn)場設(shè)備與新設(shè)備準(zhǔn)備字符 準(zhǔn)備字段包括三個以上16 進(jìn)制FF 字符 作用是使接收調(diào)制解調(diào)器的頻率檢測電路同步接收后續(xù)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(jié)內(nèi) 在長幀格式中包含在5 個字節(jié)中 在任何格式中 主站地址占據(jù)1bit 1 號主站如控制系統(tǒng)用地址 1 2 號主站如手操器用地址 0 陣發(fā)模式信息例外 有效比特位交替設(shè)置成0 和1 以使每個主站
可中斷陣發(fā)模式 在短幀格式中 從站可登記地址范圍為 0~15 這個數(shù)字占據(jù)一個地址字節(jié)在長幀格式中 5 個字節(jié)地址的剩余38 位作為從設(shè)備*登記地址命令 命令字節(jié)包含一個整型數(shù) 0~255 代表一個HART 命令字節(jié)數(shù) 字節(jié)數(shù)也包含一個整型數(shù) 代表這條信息包含的字節(jié)數(shù)接收裝置據(jù)此確定校驗和字節(jié)并確定信息接收是否完整 狀態(tài) 狀態(tài)只包含在從站返回的應(yīng)答信息中 它包含在兩字節(jié)的比特編碼信息中 *字節(jié)指示通信錯誤 若通信無誤 該字節(jié)只是被接收命令的狀態(tài) 第二字節(jié)代表設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 正確操作從設(shè)備時 兩字節(jié)均為零 數(shù)據(jù) 并非所有命令或應(yīng)大都由數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)可多達(dá)24 字節(jié) 數(shù)據(jù)形式可為無符號整型數(shù) 浮點(diǎn)數(shù)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(xiàn)場裝置都配備的 包括
1） 讀制造商碼和設(shè)備類型
2） 讀一次變量 PV 和單位
3） 讀當(dāng)前輸出和百分量程
4） 讀取多達(dá)4 個預(yù)先定義的動態(tài)變量
5） 讀或?qū)? 字符標(biāo)簽 16 字符描述符 日期
6） 讀或?qū)?2 字符信息
7） 讀變送器量程 單位 阻尼時間常數(shù)
8） 讀傳感器編號和極限
9） 讀或?qū)憐ui終安裝數(shù)
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(xiàn)場裝置都配備的 包括
1 讀4 個動態(tài)變量之一
2 寫阻尼時間常數(shù)
3 寫變送器量程
4 校準(zhǔn) 置零 置間隔
5 設(shè)置固定的輸出電流
6 執(zhí)行自檢
7 執(zhí)行主站復(fù)位
8 調(diào)整PV 零點(diǎn)
9 寫PV 單位
10 調(diào)整DAC 零點(diǎn)于增益
11 寫變換函數(shù) 平方根/線性
12 寫傳感器編號
13 讀或?qū)憚討B(tài)變量用途
命令 命令提供分別對特殊的現(xiàn)場裝置適用的功能 包括
1 讀或?qū)懙土髁拷刂怪?nbsp;
2 起動 停止或取消累積器
3 讀或?qū)懨芏刃?zhǔn)系數(shù)
4 選擇一次變量
5 讀或?qū)懡Y(jié)構(gòu)材料信息
6 調(diào)整傳感器校準(zhǔn)值
