Field devices系列开发：分析仪表_（1）.场设备系列开发概述.docx

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场设备系列开发概述

1.场设备的基本概念

1.1场设备的定义

场设备（FieldDevices）是指安装在工业现场，用于测量、控制和监测物理参数的设备。这些设备通常包括传感器、变送器、执行器和分析仪表等。在工业自动化系统中，场设备是连接控制系统和生产过程的重要桥梁，它们负责采集现场数据并将其传输给控制室，同时根据控制系统的指令执行相应的操作。

1.2场设备的作用

场设备在工业自动化系统中扮演着关键角色，主要作用包括：

数据采集：通过传感器和变送器等设备采集现场的物理参数，如温度、压力、流量、液位等。

数据传输：将采集到的数据通过有线或无线通信方式传输给控制系统。

控制执行：根据控制系统的指令，通过执行器等设备执行相应的控制动作，如调节阀门、控制电机等。

监测与报警：实时监测生产过程中的关键参数，并在异常情况下发出报警信号。

1.3场设备的种类

场设备根据其功能和用途可以分为以下几类：

传感器：用于检测物理参数，如温度传感器、压力传感器等。

变送器：将传感器检测到的物理参数转换为标准电信号，如4-20mA、0-10V等。

执行器：根据控制系统的指令执行物理动作，如电动阀门、气动执行器等。

分析仪表：用于分析特定物质的成分或性质，如pH计、色谱仪等。

2.场设备的通信协议

2.1通信协议的重要性

通信协议在场设备的开发中起着至关重要的作用。它定义了设备之间如何交换数据，确保了不同设备之间的互操作性和数据的一致性。常见的通信协议包括HART、MODBUS、PROFIBUS、EtherNet/IP等。

2.2HART协议

HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）协议是一种数字通信协议，它可以在传统的4-20mA模拟信号基础上叠加数字信号。HART协议支持双向通信，可以同时传输过程变量和诊断信息。

2.2.1HART协议的原理

HART协议使用频移键控（FSK）技术在4-20mA模拟信号上叠加数字信号。具体原理如下：

模拟信号：4-20mA信号用于传输主要的过程变量。

数字信号：通过FSK调制，数字信号叠加在4-20mA信号上，用于传输额外的诊断信息和配置数据。

2.2.2HART协议的应用

HART协议广泛应用于工业现场，特别是在需要同时传输过程变量和诊断信息的场合。例如，温度变送器可以通过HART协议传输温度值和传感器的健康状态。

2.2.3HART协议的开发示例

以下是一个使用Python库pyharter进行HART协议通信的例子：

#导入pyharter库

importpyharter

#初始化HART通信对象

hart_device=pyharter.HARTDevice(port=COM1,baudrate=1200)

#连接设备

hart_device.connect()

#读取设备的主变量

primary_variable=hart_device.read_primary_variable()

#读取设备的诊断信息

diagnostic_info=hart_device.read_diagnostic_info()

#打印结果

print(fPrimaryVariable:{primary_variable})

print(fDiagnosticInfo:{diagnostic_info})

#断开连接

hart_device.disconnect()

2.3MODBUS协议

MODBUS协议是一种广泛使用的串行通信协议，它支持主从模式和客户端-服务器模式。MODBUS协议可以用于传输各种类型的数据，包括寄存器值、线圈状态等。

2.3.1MODBUS协议的原理

MODBUS协议使用报文结构（MessageFrame）进行数据传输，每个报文包括设备地址、功能码、数据和校验码。具体原理如下：

设备地址：标识通信的设备。

功能码：定义了要执行的操作，如读取寄存器、写入寄存器等。

数据：实际要传输的数据。

校验码：用于保证数据传输的完整性。

2.3.2MODBUS协议的应用

MODBUS协议广泛应用于工业自动化系统中，特别是在需要进行远程设备监控的场合。例如，流量计可以通过MODBUS协议传输流量数据。

2.3.3MODBUS协议的开发示例

以下是一个使用Python库pymodbus进行MODBUS协议通信的例子：

#导入pymodbus库

frompymodbus.client.syncimportModbusSerialClient

#初始化MODBUS通信对象

client=Modbus