HART总线讲述.ppt

HART总线 第一组 现场总线的定义 IEC对现场总线的定义为：现场总线是一种应用于现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间的实行双向、串行、多节点数字通信的技术。现场总线（Field bus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。 典型现场总线的种类 Profibus现场总线 LonWorks总线 CAN总线 Modbus总线 HART总线 HART总线 HART (Highway Addressable Remote Transducer）协议是可寻址远程变送器数据通道协议的简称，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双向通信的协议规程。它是在4～20mA的模拟信号上叠加频移键控（FSK)数字信号，可以兼容模拟和数字两种信号。 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的过渡性产品，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： 第一类称为通用命令，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协议规范 HART协议于80年代后期开发，并于90年代初移交到HART基金会。从那时起，它已经更新了好几次。每一次的协议更新都确保更新向后兼容以前的版本。HART协议当前的版本是7.3版。“7”表示主修订号码，而“3”表示次修订号码。HART协议参照了开放系统互连（OSI）模型，使用了以下层： 协议物理层 数据链路层 网络层 传输层 应用层 （1）物理层：HART协议的物理层规定了信号的传输方法、传输介质，HART支持模拟信号和数字信号在同一线路上传输。以Bell202为基础，采用频移键控（FSK），以1200bps的速率通信。代表0和1位值的信号频率分别为2200Hz和1200Hz。如图1所示，即在4?～20mA?模拟信号上叠加了±0.5mA?的数字信号，由于数字频移键控信号相位连续，平均值为零，所以不影响4 ～20mA 模拟传输，从而使模拟信号和数字通信同时进行，而不互相干扰。 图2为HART协议的数字和模拟信号叠加后同时传输的示意图。通信介质的选择视传输距离长短而定，采用双绞线传输时最大传输距离可达1500m，线路总阻抗应在230?～1100Ω之间。 （2）数据链路层： 定义了一项主/从协议 ,在正常使用下，现场设备只有收到信号时才作回答。可以有两个主设备，例如，控制系统作为第一主设备，而手持HART通信器作为第二主设备。时序规则定义每个主设备可以开始通信事务的时间。单个多点线缆对可以连接多达15个或更多的从设备。 (3）网络层 提供路由、端到端安全及传输服务。它管理与通信设备之间端到端通信的“会话”。 （4）传输层 传输层确保从一个设备到另一个设备通信传播。 （5）应用层：规定了强大的命令集。定义了协议所支持的命令、响应、数据类型和状态报告。在应用层，协议的公共命令分为四大类： 通用命令 - 提供在所有现场设备都必须实现的功能 常用命令 - 提供很多设备所共有的功能，但并不是所有的现场设备都具有的功能 设备特定命令 - 提供某特定现场设备所特有的功能，由设备制造商所指定 设备系列命令 - 为特定测量类型的仪器提供一套标准化的功能，允许无需使用设备特定指令便能进行完全的通用性访问 HART协议工作方式 HART协议提供两个同步通信通道：4-20mA模拟信号和一个数字信号。这两个通信通道结合起来，提供了一种易于使用和配置的低成本、高度可靠的、完整的现场通信解决方案。 HART协议允许与现场设备之间的所有数字通信，可采用点到点或多点模式的网络配置： 应用HART的实例-智能压力变送器 智能压力变送器由智能传感器和智能电子板两部分组成，智能传感器部分包括：电容式传感器、测量膜片检测电路、温度传感器和温度补偿电路等组成；智能电子板部分包括：微电脑控制器及外围电路组成，完成压力信号到4～20mA 的转换。用于测量液体、气体或蒸汽的压力，然后将压力信号转变成4～20mA 信号输出。西森自动化生产的智能压力变送器可与HART手操器相互通讯，通过它进行设定，调整压力范围，监控或与上位机组成