hart總線分析

1、HART總線主講人：梁 趙 易 HART總線1.簡(jiǎn)介2.HART規(guī)范3.操作命令4.工作方式5.通信優(yōu)勢(shì)1.簡(jiǎn)介HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，是美國(guó)ROSEMOUNT公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。 HART裝置提供具有相對(duì)低的帶寬，適度響應(yīng)時(shí)間的通信，經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HART通信采用的是半雙工的通信方式，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有 模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中過(guò)渡性

2、產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，得到了較快發(fā)展。HART 規(guī)定了一系列命令，按命令方式工作。一.通用命令，這是所有設(shè)備都理解、都執(zhí)行的命令二.一般行為命令，所提供的功能可以在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（盡管不是全部）中實(shí)現(xiàn)，這類命令包括最常用的的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能庫(kù).三.特殊設(shè)備命令，以便于工作在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能，這類命令既可以在基金會(huì)中開(kāi)放使用，又可以為開(kāi)發(fā)此命令的公司所獨(dú)有。圖1.HART協(xié)議的運(yùn)用HART協(xié)議于80年代后期開(kāi)發(fā)，并于90年代初移交到HART基金會(huì)。從那時(shí)起，它已經(jīng)更新了好幾次。每一次的協(xié)議更新都確保更新向后兼容以前的版本。HART協(xié)議當(dāng)前的版本是7.3版?！?”表示

3、主修訂號(hào)碼，而“3”表示次修訂號(hào)碼。HART協(xié)議實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI）7層協(xié)議模型的第1、2、3、4和7層：2.HART規(guī)范 協(xié)議物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層 應(yīng)用層2.1協(xié)議物理層物理層：HART協(xié)議的物理層規(guī)定了信號(hào)的傳輸方法、傳輸介質(zhì)，HART支持模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)在同一線路上傳輸。以貝爾202標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，采用頻移鍵控（FSK），以1200bps的速率通信。代表0和1位值的信號(hào)頻率分別為2200和1200Hz。該低電平信號(hào)疊加在4到20mA的模擬測(cè)量信號(hào)之上，而不會(huì)對(duì)模擬信號(hào)造成任何干擾。 圖2 HART 協(xié)議通信的FSK 信號(hào)定義了一項(xiàng)主從協(xié)議 - 在正常使用下，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只

4、在收到信號(hào)時(shí)才作回答?？梢杂袃蓚€(gè)主設(shè)備，例如，控制系統(tǒng)作為第一主設(shè)備，而手持HART通信器作為第二主設(shè)備。時(shí)序規(guī)則定義每個(gè)主設(shè)備可以開(kāi)始通信事務(wù)的時(shí)間。單個(gè)多點(diǎn)線纜對(duì)可以連接多達(dá)15個(gè)或更多的從設(shè)備。2.2數(shù)據(jù)鏈路層2.3網(wǎng)絡(luò)層提供路由、端到端安全及傳輸服務(wù)。它管理與通信設(shè)備之間端到端通信的“會(huì)話”。2.4傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層確保通信成功地從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備傳播。傳輸層可以被用來(lái)確保端到端通信的成功。2.5應(yīng)用層定義了協(xié)議所支持的命令、響應(yīng)、數(shù)據(jù)類型和狀態(tài)報(bào)告。在應(yīng)用層，協(xié)議的公共命令分為四大類：通用命令 - 提供在所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都必須實(shí)現(xiàn)的功能常用命令 - 提供很多設(shè)備所共有的功能，但并不是所

5、有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都具有的功能設(shè)備特定命令 - 提供某特定現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所特有的功能，由設(shè)備制造商所指定設(shè)備系列命令 - 為特定測(cè)量類型的儀器提供一套標(biāo)準(zhǔn)化的功能，允許無(wú)需使用設(shè)備特定指令便能進(jìn)行完全的通用性訪問(wèn)。3.1操作命令分類操作命令處于應(yīng)用層，包括通用命令、普通命令和特殊命令。通用命令的范圍從030。圖3 通用命令3.1操作命令分類普通命令是從32到126。他提供了大多數(shù)設(shè)備的功能命令通用命令的范圍從030。圖4 普通命令3.1操作命令分類普通命令中的123和126號(hào)命令并非公共的，他們專用于生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設(shè)備時(shí)輸入的設(shè)備的特殊信息，一般用戶是不會(huì)改動(dòng)的，像設(shè)備識(shí)別號(hào)之類。也可以用于直接讀、寫存儲(chǔ)

6、器。特殊命令的范圍是從128253，他提供給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備專用的功能。早先的設(shè)備特殊命令常常將設(shè)備型號(hào)碼作為數(shù)據(jù)中的第1個(gè)字節(jié)，以保證命令傳輸給正確的設(shè)備。在HART5.0版本之后，由于惟一標(biāo)識(shí)碼的使用，就省略掉了這步驟。用戶若要使用不同設(shè)備的特殊命令時(shí)可以參照廠家提供的設(shè)備文檔。3.2常用重要命令（1）0號(hào)和11號(hào)命令用于識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。我們知道無(wú)論采用長(zhǎng)結(jié)構(gòu)還是短結(jié)構(gòu)都可以標(biāo)識(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，應(yīng)答0號(hào)命令的信息中就包含了對(duì)不同設(shè)備的標(biāo)識(shí)；然后，主機(jī)建立不同的標(biāo)志，為隨后的長(zhǎng)結(jié)構(gòu)命令做準(zhǔn)備。在HART4.0版本及以前，傳輸類型碼分為2字節(jié):一個(gè)是生產(chǎn)廠商代碼，另一個(gè)是設(shè)備類型代碼。而兩個(gè)字節(jié)還可以節(jié)略。到

7、了HART5.0版本就必須使用充擴(kuò)的代碼表示設(shè)備信息，還用ID號(hào)代替了最終流水線號(hào)。一個(gè)主機(jī)通常以0號(hào)命令開(kāi)始通訊，賦予隨選地址0，然后掃描115地址，看誰(shuí)期待操作，顯然由于HART5.0版本后的設(shè)備，主機(jī)可以使用11號(hào)命令，再帶一個(gè)全0的廣播地址，外加命令中的標(biāo)志作為數(shù)據(jù)，等待著具有相同標(biāo)志的從機(jī)響應(yīng)，而應(yīng)答的11號(hào)命令等同于0號(hào)命令。3.2常用重要命令（2）2和3號(hào)命令用于讀取不同形式中的測(cè)量變量。命令2和3中有以mA為單位的電流值，電流值只有在設(shè)定輸出范圍內(nèi)才可以作為主參量PV，而在其他時(shí)候，像復(fù)用模式、輸出量可變、飽和或設(shè)備錯(cuò)誤都不能如此使用。盡管PV和其他動(dòng)態(tài)變量不受設(shè)定輸出范圍的限

8、制，但是卻必須受限于傳感設(shè)備。（3）6號(hào)命令用于隨選地址的設(shè)定。設(shè)定為0，該設(shè)備就在點(diǎn)到點(diǎn)的模式工作，產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)；設(shè)定為115，設(shè)備就工作在多點(diǎn)模式中，輸出電流值固定為4mA。（4）12號(hào)和19號(hào)命令用于讀、寫一系列設(shè)備信息。HART4.0版本及以前使用4號(hào)和5號(hào)命令實(shí)現(xiàn)此功能。 4.工作方式u“HART”是高速可尋址遠(yuǎn)程傳感器的縮寫。HART協(xié)議利用貝爾202頻移鍵控（FSK）標(biāo)準(zhǔn)，將低電平的數(shù)字通信信號(hào)疊加在4 - 20mA之上。4.工作方式這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了雙向現(xiàn)場(chǎng)通信，并使得同智能現(xiàn)場(chǎng)儀表傳輸比一般過(guò)程變量更多的信息成為可能。HART協(xié)議以1200 bps的速率通信，而不影響4 -

9、20mA信號(hào)，并允許一個(gè)主機(jī)應(yīng)用程序（主設(shè)備），從智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備每秒獲取兩次或兩次以上的數(shù)字更新。由于數(shù)字FSK信號(hào)是相位連續(xù)的，因而不會(huì)對(duì)4 - 20mA信號(hào)造成干擾。uHART技術(shù)是個(gè)主/從協(xié)議，這意味著，只有當(dāng)主設(shè)備發(fā)出信號(hào)時(shí)，智能現(xiàn)場(chǎng)（從）設(shè)備才會(huì)發(fā)送信號(hào)。HART協(xié)議可在多種模式下使用，如點(diǎn)到點(diǎn)或者多點(diǎn)模式，在智能現(xiàn)場(chǎng)儀表和中央控制或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間傳輸信息。HART通信發(fā)生在兩個(gè)具有HART功能的設(shè)備之間，通常是智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間。通信使用標(biāo)準(zhǔn)的儀器級(jí)電纜，并且使用標(biāo)準(zhǔn)的接線和終端處理方式。4.工作方式uHART協(xié)議提供兩個(gè)同步通信通道：4 - 20mA模擬信號(hào)和一個(gè)數(shù)字信

10、號(hào)。 4 - 20mA信號(hào)利用4 - 20mA的電流回路 它是最快和最可靠的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)傳輸主要的測(cè)量值（在現(xiàn)場(chǎng)儀表的情況下）。另外，HART利用疊加在模擬信號(hào)之上的數(shù)字信號(hào)，來(lái)傳輸其它的設(shè)備信息。 數(shù)字信號(hào)中包含了來(lái)自設(shè)備的信息，包括設(shè)備狀態(tài)、診斷、額外的測(cè)量或計(jì)算值等。這兩個(gè)通信通道結(jié)合起來(lái)，提供了一種易于使用和配置的低成本、高度可靠的、完整的現(xiàn)場(chǎng)通信解決方案。4.工作方式圖5 兩個(gè)通信通道4.工作方式uHART協(xié)議最多可有兩個(gè)主設(shè)備（第一主設(shè)備和第二主設(shè)備）。這使得可以利用第二主設(shè)備，例如手持通信器，而不會(huì)對(duì)第一主設(shè)備，如控制/監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信造成干擾。圖6 第一和第二主方4.工作方式圖7

11、 點(diǎn)到點(diǎn)的配置HART協(xié)議允許與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的所有數(shù)字通信，可采用點(diǎn)到點(diǎn)或多點(diǎn)模式的網(wǎng)絡(luò)配置：4.工作方式圖8 多點(diǎn)配置多點(diǎn)模式的配置還有一個(gè)可選的“猝發(fā)”通信模式，其中單個(gè)從設(shè)備可連續(xù)廣播標(biāo)準(zhǔn)的HART回復(fù)信息。這一可選的“猝發(fā)”通信模式有可能采用更高的更新速率，并且使用通常只限于點(diǎn)到點(diǎn)的配置。：5.通信優(yōu)勢(shì)HARTHART技術(shù)可以幫助您：技術(shù)可以幫助您： 利用整套智能設(shè)備數(shù)據(jù)的能力，來(lái)提升運(yùn)營(yíng)能力。對(duì)設(shè)備、產(chǎn)品或工藝性能出現(xiàn)變化進(jìn)行早期預(yù)警。 縮短發(fā)現(xiàn)到解決問(wèn)題的故障排除時(shí)間。 不斷驗(yàn)證回路和控制/自動(dòng)化系統(tǒng)策略的完整性。 提高資產(chǎn)效率和系統(tǒng)可用性。提高工廠的可用性提高工廠的可用性 將設(shè)備和系統(tǒng)集成起來(lái)，以檢測(cè)先