Field devices系列开发：温度变送器_（9）.温度变送器的现场总线技术.docx

PAGE1

PAGE1

温度变送器的现场总线技术

1.现场总线技术概述

现场总线技术（FieldbusTechnology）是现代工业自动化领域中的一项重要技术，它通过数字通信方式连接现场设备和控制系统，实现了数据的高效传输和设备的智能管理。与传统的模拟信号传输相比，现场总线技术具有更高的可靠性和灵活性，能够支持多点通信、双向数据交换和远程配置等功能。

现场总线的标准有很多种，常见的包括HART、Profibus、Modbus、FoundationFieldbus和CAN等。每种总线标准都有其特定的应用场景和优势。例如，HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）是一种在模拟信号传输中叠加数字信号的混合总线标准，广泛应用于现有模拟系统的升级。Profibus（ProcessFieldbus）则主要用于过程控制领域，支持高速通信和多种通信协议。Modbus是一种简单且开放的通信协议，适用于多种工业设备的通信。FoundationFieldbus（FF）是一种面向对象的通信标准，支持复杂的现场设备管理。CAN（ControllerAreaNetwork）则广泛应用于汽车和工业自动化领域，具有高可靠性和实时性。

在温度变送器的开发中，选择合适的现场总线技术至关重要。不同的总线标准会影响到设备的通信性能、兼容性和维护成本。因此，了解各种现场总线技术的原理和应用是开发温度变送器的基础。

2.HART现场总线技术

2.1HART协议原理

HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）协议是一种在4-20mA模拟信号传输中叠加数字信号的通信协议。它采用FSK（FrequencyShiftKeying）调制方式，通过在4-20mA信号上叠加1.2kHz和2.2kHz的频移信号来实现数字通信。这种方式使得HART协议既保留了模拟信号传输的优点，又能进行数字通信，因此在工业自动化领域得到了广泛应用。

HART协议的数据帧结构包括以下几个部分：

前导码（Preamble）：用于同步接收设备，通常由一系列的1.2kHz和2.2kHz信号组成。

地址（Address）：用于标识通信的目标设备。

命令（Command）：用于指定通信的操作类型，如读取数据、写入数据等。

数据（Data）：用于传输实际的数据。

校验码（Checksum）：用于确保数据的完整性。

2.2HART协议在温度变送器中的应用

在温度变送器中，HART协议通常用于实现以下功能：

数据读取：通过HART协议，可以读取温度变送器的实时温度数据、设备状态和诊断信息。

参数设置：可以通过HART协议对温度变送器的参数进行远程设置，如量程、零点、线性化等。

校准：可以使用HART协议对温度变送器进行远程校准，确保测量的准确性。

诊断：通过HART协议，可以获取温度变送器的诊断信息，帮助进行故障排除和维护。

2.3HART协议编程示例

以下是一个使用Python进行HART协议编程的示例，展示了如何通过HART协议读取温度变送器的数据。

#导入必要的库

importserial

importtime

#HART协议的命令和数据定义

HART_PREAMBLE=b\x55\x55\x55\x55\x55\x55\x55\x55

HART_ADDRESS=b\x01#设备地址

HART_COMMAND=b\x00#读取数据命令

HART_DATA=b\x00#数据

HART_CHECKSUM=b\x00#校验码

#计算校验码

defcalculate_checksum(data):

checksum=0

forbyteindata:

checksum^=byte

returnbytes([checksum])

#构建HART数据帧

defbuild_hart_frame(preamble,address,command,data):

frame=preamble+address+command+data

checksum=calculate_checksum(frame)

frame+=checksum

returnframe

#读取温度变送器的数据

defread_temperature(hart_device):

#构建HART数据帧

hart_frame=build_hart_frame(HART_PRE