漫谈HART协议基础要点

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下面我们来对HART协议的一些基础内容进行一下补充。包括了它的调制方式,通信方式,以及命令还有应用场景需要注意的细节问题。

对于HART协议我们再来介绍一下,这次我们来简单说一下HART协议的原理,也就是运用了哪一种调制方法,以及它的帧格式还有一些应用环境需要注意的一些问题。HART(Highway Addressable Remote Transducer),可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议,是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。 HART装置提供具有相对低的带宽,适度响应时间的通信,经过10多年的发展,HART技术在国外已经十分成熟,并已成为全球智能仪表的工业标准。

HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号,在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯,数据传输率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为0,不影响传送给控制系统模拟信号的大小,保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传送,在需要的情况下,另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。

HART通信采用的是半双工的通信方式,其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品,因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力,得到了较快发展。HART 规定了一系列命令,按命令方式工作。它有三类命令,***类称为通用命令,这是所有设备都理解、都执行的命令;第二类称为一般行为命令,所提供的功能可以在许多现场设备(尽管不是全部)中实现,这类命令包括最常用的的现场设备的功能库;第三类称为特殊设备命令,以便于工作在某些设备中实现特殊功能,这类命令既可以在基金会中开放使用,又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。

HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性,由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典,主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混合信号制,导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用总线供电,可满足本质安全防爆要求,并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。

数据链路层规定HART协议帧的格式,可寻址范围0~15,“0”时,处于4~20mA及数字信号点对点模式,现场仪表与两个数字通信主设备(也称作通信设备或主设备)之间采用特定的串行通信,主设备包括PC机或控制室系统和手持通信器。单站操作中,主变量(过程变量)可以以模拟形式输出,也可以以数字通信方式读出,以数字方式读出时,轮询地址始终为0。也就是说,单站模式时数字信号和4~20mA模拟信号同时有效。

“1~15”处于全数字通信状态,工作在点对多点模式,通信模式有“问答”式、“突发”式(点对点、自动连续地发送信息)。按问答方式工作时的数据更新速率为2~3次/s,按突发方式工作时的数据更新速率为3~4次/s。

在本质安全要求下,只使用一个电源,至多能连接15台现场仪表,每个现场设备可有256个变量,每个信息***可包含4个变量。这就是所谓的多点(多站)操作模式。这种工作方式尤其适用于远程监控,如管道系统和油罐储存场地。

采用多点模式,4~20mA的模拟输出信号不再有效(输出设在4mA使功耗最小,主要是为变送器供电,各个现场装置并联连接),系统以数字通信方式依次读取并联到一对传输线上的多台现场仪表的测量值(或其它数据)。如果以这种方式构成控制系统,可以显著地降低现场布线的费用和减少主设备输入接口电路,这对于控制系统有重要价值。

HART协议根据冗余检错码信息,采用自动重复请求发送机制,消除由于线路噪声或其他干扰引起的数据误码,实现数据无差错传送。能利用总线供电,可满足本质安全防爆要求。

责任编辑:佟健 来源: TT网络
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