【2017年整理】HART通信协议综述.doc

HART通信协议综述 ??? HART协议已经有很长一段时间了，它仍然是一种很好的选择。HART是工厂自动化领域中采用的一种通信协议。虽然每种协议都有其各自的优点，但就综合性能而言，HART是最佳的解决方案：它可获取增值设备和数字方式的诊断信息，同时还可以与现有的4-20mA自动化结构体系相兼容。 2 HART是什么？ ??? HART（“可寻址远程传感器数据公路”）通信协议，是为工业过程测量和控制应用而设计。我们将其称为混合协议是因为它将模拟量和数字量通信相融合。它既支持4-20mA模拟信号的单变量通信，也可以将附加信息以数字信号的方式进行通信。数字信息以低电平调制方式加载在标准的4-20mA电流回路上。由于采用标准的可以从模拟信号中去除的过滤技术，数字信号并不会影响模拟量信号的读数。能够传送上述叠加的数字信息是实现HART的重要功能的基础。 3 HART协议信息结构形式 ??? 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1 HART协议信息结构形式 4 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－65μs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65μs。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1 要求。 ??????????????????????????? 附表1 用于HART回路的电源要求 5? 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： ? ??? 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1。 ?? 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