hart協(xié)議 通訊基礎(chǔ)知識(shí)

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1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中存在著多種不同的主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，要想很好地使用他們，完善的通訊協(xié)議是必須的。HART協(xié)議最初是由美國(guó)Rosemount公司開發(fā)，已應(yīng)用了多年。HART協(xié)議使用FSK技術(shù)，在4~20mA信號(hào)過程量上疊加一個(gè)頻率信號(hào)，成功地把模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)雙向同時(shí)通訊，而不互相干擾。HART協(xié)議參照了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開放性互連模型，使用OSI標(biāo)準(zhǔn)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。HART協(xié)議規(guī)定了傳輸?shù)奈锢硇问?、消息結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式和一系列操作命令，是一種主從協(xié)議。當(dāng)通訊模式為“問答式”的時(shí)候，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只做出被要求的應(yīng)答。HART協(xié)議允許系統(tǒng)中存在2個(gè)主機(jī)（比如說，一個(gè)用于系統(tǒng)

2、控制，另一個(gè)用于HART通信的手操儀），如果不需要模擬信號(hào)，多點(diǎn)系統(tǒng)中的一對(duì)電纜線上最多可以連接15個(gè)從設(shè)備。物理層附件:您所在的用戶組無法下載或查看附件物理層規(guī)定了信號(hào)的傳輸方法、傳輸介質(zhì)。采用Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4～20mA模擬信號(hào)上疊加一個(gè)頻率數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通信。數(shù)字信號(hào)的幅度為0.5mA，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。數(shù)字信號(hào)波形如上圖所示。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定HART協(xié)議幀的格式，可尋址范圍0～15，“0”時(shí)，處于4～20mA及數(shù)字信號(hào)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，現(xiàn)場(chǎng)儀表與兩個(gè)數(shù)字通信主設(shè)

3、備（也稱作通信設(shè)備或主設(shè)備）之間采用特定的串行通信，主設(shè)備包括PC機(jī)或控制室系統(tǒng)和手持通信器。單站操作中，主變量（過程變量）可以以模擬形式輸出，也可以以數(shù)字通信方式讀出，以數(shù)字方式讀出時(shí)，輪詢地址始終為0。也就是說，單站模式時(shí)數(shù)字信號(hào)和4～20mA模擬信號(hào)同時(shí)有效。“1～15”處于全數(shù)字通信狀態(tài)，工作在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式，通信模式有“問答”式、“突發(fā)”式(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、自動(dòng)連續(xù)地發(fā)送信息)。按問答方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為2～3次／s，按突發(fā)方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為3～4次／s。在本質(zhì)安全要求下，只使用一個(gè)電源，至多能連接15臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可有256個(gè)變量，每個(gè)信息最大可包

4、含4個(gè)變量。這就是所謂的多點(diǎn)（多站）操作模式。這種工作方式尤其適用于遠(yuǎn)程監(jiān)控，如管道系統(tǒng)和油罐儲(chǔ)存場(chǎng)地。采用多點(diǎn)模式，4～20mA的模擬輸出信號(hào)不再有效（輸出設(shè)在4mA使功耗最小，主要是為變送器供電，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置并聯(lián)連接），系統(tǒng)以數(shù)字通信方式依次讀取并聯(lián)到一對(duì)傳輸線上的多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表的測(cè)量值（或其它數(shù)據(jù)）。如果以這種方式構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以顯著地降低現(xiàn)場(chǎng)布線的費(fèi)用和減少主設(shè)備輸入接口電路，這對(duì)于控制系統(tǒng)有重要價(jià)值。HART協(xié)議根據(jù)冗余檢錯(cuò)碼信息，采用自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求發(fā)送機(jī)制，消除由于線路噪聲或其他干擾引起的數(shù)據(jù)誤碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無差錯(cuò)傳送。能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求。HAR

5、T協(xié)議信息幀的格式如下圖所示。HART協(xié)議的幀格式以8位為一個(gè)字節(jié)進(jìn)行編碼，對(duì)每個(gè)字節(jié)加上一個(gè)起始位、一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位以串行方式進(jìn)行傳輸。通常采用UART（通用異步接收/發(fā)送器）來完成字節(jié)的傳輸。由于數(shù)據(jù)的有無和長(zhǎng)短不恒定，所以HART數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度不能超過25個(gè)字節(jié)?！∠⒔Y(jié)構(gòu)　　如下所示，一條消息包括源地址、目的地址和一個(gè)校驗(yàn)位。每一個(gè)應(yīng)答消息中包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，用于確保持續(xù)通訊的順暢進(jìn)行。數(shù)據(jù)位可有可無，視具體情況而定。一般每秒種可以傳輸2～3條消息。PREAMBLESTARTADDRCOMBCNTSTATUSDATAPARITY序文定界符地址命令號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度響應(yīng)

6、碼數(shù)據(jù)字節(jié)奇偶校驗(yàn)　　HART5．0以前版本的設(shè)備一般采用“短結(jié)構(gòu)”，單一的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如果只利用4～20mA電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，從設(shè)備的地址都是0；否則，對(duì)于多設(shè)備而言，從設(shè)備的地址是從1～15，這種短結(jié)構(gòu)的地址采用“隨選”的方法，隨機(jī)分配1～15中的一個(gè)。HART5．0版本推出了“長(zhǎng)結(jié)構(gòu)”，這種格式的從設(shè)備地址具有獨(dú)一無二性，如同每個(gè)網(wǎng)卡中物理地址一樣，全世界范圍內(nèi)都沒有重復(fù)，一般占5個(gè)地址字節(jié)中的38位。這38位地址信息包含了生產(chǎn)廠家的代碼、設(shè)備型號(hào)碼和設(shè)備識(shí)別碼。這種格式減少了誤傳輸和誤接收的可能性?，F(xiàn)在大多數(shù)主機(jī)設(shè)備既能支持長(zhǎng)結(jié)構(gòu)又兼容短結(jié)構(gòu)，當(dāng)從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)中沒有“

7、唯一”標(biāo)識(shí)碼時(shí)，HART5．0及其以上的版本提供的0號(hào)命令，就可以用于短幀中的設(shè)備地址識(shí)別。也就是說，主機(jī)將根據(jù)應(yīng)答信號(hào)中是否具有“惟一”標(biāo)識(shí)碼來決定結(jié)構(gòu)格式為“長(zhǎng)”還是“短”。一般消息幀的組成，其中：　?。?）PREAMBLE　導(dǎo)言字節(jié)，一般是5～20個(gè)FF十六進(jìn)制字節(jié)。他實(shí)際上是同步信號(hào)，各通訊設(shè)備可以據(jù)此略做調(diào)整，保證信息的同步。在開始通訊的時(shí)候，使用的是20個(gè)FF導(dǎo)言，從機(jī)應(yīng)答0信號(hào)時(shí)將告之主機(jī)他“希望”接收幾個(gè)字節(jié)的導(dǎo)言，另外主機(jī)也可以用59號(hào)命令告訴從機(jī)應(yīng)答時(shí)應(yīng)用幾位導(dǎo)言?！　。?）START　起始字節(jié)