hart通讯协议及应用.doc

1、All contents are subjected to change without prior notice (Rev 1.0) Tel:0371-67370887 Fax:0371-67370196E_mail： http:/Copyright 2006 baud electronic co.,LtdAssumes no responsibility for any errors which may appear in this document. - 1 -HART 通讯协议及应用 郑州波特电子有限公司0.引 言很 多 年 以 来 ,4 20 信 号 一 直 成 为 现 场 仪 表

2、 信 号 传 输 标 准 ,在 过 程 自 动 化 设 备 之 间 信息 通 信 受 到 了 极 大 的 限 制 ,仅 能 得 到 与 过 程 变 量 成 正 比 的 电 流 信 号 。 1989 年 首 先 制 订 了 高 速 可 寻 址 远 程 传 感 器 协 议 ,引 起 了 现 场 仪 表 通讯 标 准 的 技 术 革 命 ,在 工 业 过 程 中 作 为 现 场 智 能 仪 表 数 字 通 讯 标 准 广 为 应 用 。为 满 足 工 业 过 程 对 协 议 的 日 益 需 求 ,在 1993 年 成 立 通 讯 基 金 会 。 基 金 会 是 一 个 独 立 的 、 非 盈 利 机

3、 构 ,它 的 主 要 职 责 是 制 订 、 维 护 及 升 级 协议 标 准 ,登 记 注 册 会 员 、 提 供 对 应 用 技 术 在 全 球 范 围 内 的 技 术 支 持 和 培 训 。 目 前 ,世界 上 已 有 60%的 智 能 仪 表 采 用 了 协 议 ,主 要 的 仪 表 供 应 厂 商 都 提 供 支 持 协议 的 智 能 仪 表 ,如 、 、 、 、 等仪 表 制 造 商 。 专 家 预 测 到 2000 年 约 有 75%的 智 能 仪 表 支 持 协 议 ,开 发 符 合 协 议 的 新 类 型 仪 表 和 制 造 厂 商 正 持 续 快 速 增 长 。1. 协

4、议 协 议 采 用 在 4 20 模 拟 信 号 上 叠 加 音 频 数 字 信 号 进 行 双 向 数 字 通 讯 ,而不 影 响 传 送 给 控 制 系 统 模 拟 信 号 的 大 小 ,保 证 了 与 现 有 模 拟 系 统 的 兼 容 性 。 协 议 遵循 制 订 的 开 放 式 系 统 互 连 参 考 模 型 ,采 用 了 模 型 的 第 一 层 、 第 二 层 和 第七 层 ,即 物 理 层 、 数 据 链 路 层 和 应 用 层 。用 户 层 应 用 层数 据 链 路 层物 理 层物 理 传 输 介 质 通 讯 协 议 模 型1.1 物 理 层 物 理 层 规 定 了 信号 的

5、传 输 方 法 、 传 输介 质 , 信 号 传输 是 基 于 202 通 讯 标准 ,采 用 (频 移应 用 层数 据 链 路 层物 理 层All contents are subjected to change without prior notice (Rev 1.0) Tel:0371-67370887 Fax:0371-67370196E_mail： http:/Copyright 2006 baud electronic co.,LtdAssumes no responsibility for any errors which may appear in this documen

6、t. - 2 -HART 通讯协议及应用 郑州波特电子有限公司键 控 )方 法 ,数 字 信 号 的 传 送 波 特 率 设 定 为 1200 / ,数 字 信 号 “0”和 “1”分 别 用1200 和 2200 的 正 弦 波 表 示 ,这 些 频 率 的 正 弦 波 叠 加 在 模 拟 信 号 上 一 起 传 送 ,如 上图 所 示 。 由 于 信 号 平 均 值 为 零 ,对 模 拟 信 号 不 会 产 生 任 何 影 响 。 通 常 采 用 双 绞 同 轴电 缆 作 为 传 输 介 质 时 ,最 大 传 输 距 离 可 达 到 3000 。1.2 数 据 链 路 层数 据 链 路 层

7、 规 定 了 帧 的 格 式 ,实 现 建 立 、 维 护 、 终 结 链 路 通 讯 功 能 , 协 议 根 据 冗 余 检 错 码 信 息 ,采 用 自 动 重 复 请 求 发 送 机 制 ,消 除 由 于 线 路 噪 音 或 其 它 干 扰 引 起的 数 据 通 讯 出 错 ,实 现 通 讯 数 据 无 差 错 传 送 。(1) 帧 协 议 规 定 了 数 据 通 讯 按 帧 的 格 式 传 送 , 帧 由 链 路 同 步 信 息 、 寻 址 信 息 、用 户 数 据 以 及 校 验 和 组 成 , 帧 又 被 分 为 请 求 帧 、 应 答 帧 和 阵 发 帧 。 请 求 帧 和 应

8、答 帧 的主 要 差 别 在 于 应 答 帧 包 含 了 数 据 通 讯 状 态 和 变 送 器 的 工 作 状 态 。链路同步码 定界符 地址 命令号 字节长度 数据字节 校验和链路同步码 定界符 地址 命令号 字节长度 响应码 数据字节 校验和 请 求 帧 /应 答 帧 格 式链 路 同 步 码 : 协 议 采 用 2 到 20 个 十 六 进 制 的 “ ”字 节 作 为 接 收 设 备 的 同步 信 息 ,主 设 备 或 控 制 系 统 可 通 过 链 路 层 管 理 命 令 设 定 同 步 字 节 个 数 。定 界 符 :表 示 帧 的 开 始 ,定 义 了 帧 的 类 型 及 寻

9、址 格 式 。 根 据 定 界 符 的 低 3 位 2 1 0 可 以 把 帧 分 为 请 求 帧 、 应 答 帧 和 阵 发 帧 。 根 据 定 界 符 的 最 高 位 7 可 以 把 帧 寻 址 信 息 分 为 长 格 式 和 短 格 式 ,如 表 1 所 示 。地 址 :短 格 式 地 址 长 度 为 一 个 字 节 ,低 4 位 3 2 1 0 表 示 从 设 备 的 地 址 号 , 协 议 规 定 了 地 址 号 的 范 围 为 0 15,在 总 线 上 最 多 只 能 挂 15 台 变 送 器 。 长 格式 地 址 长 度 为 五 个 字 节 ,由 第 一 字 节 的 低 6 位

10、及 其 后 连 续 四 个 字 节 共 38 位 构 成 ,由 仪表 唯 一 标 识 码 的 低 38 位 表 示 ,由 6 位 仪 表 制 造 厂 商 标 识 代 号 ,8 位 仪 表 类 型 代 码 及 24帧 类 型 长 帧 7=1 短 帧 7=0阵 发 帧 0x81 0x1请 求 帧 0x82 0x2应 答 帧 0x86 0x6All contents are subjected to change without prior notice (Rev 1.0) Tel:0371-67370887 Fax:0371-67370196E_mail： http:/Copyright 200

11、6 baud electronic co.,LtdAssumes no responsibility for any errors which may appear in this document. - 3 -HART 通讯协议及应用 郑州波特电子有限公司位 仪 表 序 列 号 组 成 。 使 用 长 格 式 地 址 寻 址 ,原 理 上 在 总 线 上 所 挂 变 送 器 的 数 量 可 以 不 受限 制 ,可 根 据 通 讯 扫 描 频 率 、 通 讯 介 质 、 功 耗 等 决 定 在 总 线 上 所 挂 变 送 器 的 数 量 。 地 址第 一 字 节 的 最 高 位 7 表 示 主

12、 设 备 地 址 位 , 7=1 时 表 示 第 一 主 设 备 ; 7=0 时 表 示 第 二主 设 备 ,如 :手 持 器 。 第 一 字 节 的 6 位 表 示 现 场 仪 表 的 阵 发 允 许 位 , 6=1 时 表 示 现 场仪 表 允 许 阵 发 ; 6=0 时 表 示 现 场 仪 表 不 允 许 阵 发 , 协 议 规 定 在 总 线 上 只 允 许 一台 变 送 器 以 阵 发 方 式 通 讯 。命 令 号 :表 示 现 场 仪 表 所 要 执 行 的 功 能 ,命 令 号 的 有 效 范 围 为 0 255。字 节 长 度 :表 示 后 续 数 据 的 长 度 ,表 示 帧

13、 的 结 束 位 置 。响 应 码 :应 答 帧 包 含 长 度 为 两 个 字 节 的 响 应 字 ,第 一 字 节 表 示 数 据 通 讯 状 态 及 现 场 仪 表 命令 执 行 结 果 ,当 7=1 时 ,数 据 通 讯 出 错 ,后 续 位 代 表 了 错 误 类 型 ,如 :奇 /偶 校 验 错 ,水平 校 验 和 错 ,数 据 帧 错 等 ;当 7=0 时 ,表 示 现 场 仪 表 命 令 执 行 结 果 状 态 ,如 :命 令 未 执 行 ,命令 执 行 出 错 ,命 令 执 行 警 告 。 第 二 字 节 表 示 现 场 仪 表 的 工 作 状 态 ,如 :变 量 超 限 、

14、 模 拟 输出 饱 和 、 仪 表 误 操 作 等 ,保 证 了 现 场 仪 表 数 据 的 可 靠 性 及 仪 表 工 作 的 安 全 性 。数 据 字 节 :表 示 与 命 令 相 关 的 数 据 。校 验 和 :表 示 从 定 界 符 开 始 对 所 有 字 节 进 行 异 或 操 作 运 算 ,确 保 通 讯 数 据 无 差 错 传 送 。(2) 帧 编 码 帧 以 8 位 为 一 字 节 进 行 编 码 ,对 每 一 字 节 加 上 起 始 位 ,奇 /偶 校 验 位 及 1 位 停止 位 共 11 位 传 送 ,保 证 了 对 每 个 字 节 进 行 数 据 传 输 同 步 。(3

15、) 数 据 链 路 层 服 务 协 议 采 用 类 似 “令 牌 ”方 式 访 问 通 讯 链 路 ,它 不 是 在 通 讯 链 路 上 循 环 转 发 令 牌 ,只 有 得 到 令 牌 的 站 点 可 以 访 问 链 路 ,而 是 采 用 设 定 定 时 器 时 间 常 数 保 证 所 挂 设 备 能 够 访 问链 路 。 协 议 把 链 路 上 所 挂 设 备 分 为 三 类 :第 一 类 为 第 一 主 设 备 ,如 :控 制 系 统 和 第 二 主设 备 ,如 :手 持 器 ;第 二 类 为从 设 备 表 示 现 场 仪 表 按 请求 /应 答 方 式 进 行 数 据 通 讯 ;第三

16、类 为 阵 发 设 备 表 示 现 场仪 表 可 以 按 请 求 /应 答 方 式数 据 通 讯 ,还 支 持 阵 发 功 能以 阵 发 方 式 周 期 性 地 广 播数 据 , 协 议 把 阵 发功 能 作 为 现 场 仪 表 的 一 种可 选 功 能 ,设 备 联 接 拓 扑 结 构 图 如 下 图 所 示 。 通 常 协 议 按 主 /从 方 式 通 讯 ,通All contents are subjected to change without prior notice (Rev 1.0) Tel:0371-67370887 Fax:0371-67370196E_mail： http

17、:/Copyright 2006 baud electronic co.,LtdAssumes no responsibility for any errors which may appear in this document. - 4 -HART 通讯协议及应用 郑州波特电子有限公司讯 由 主 设 备 发 起 ,从 设 备 先 “听 ”后 “答 ”,第 一 主 设 备 和 第 二 主 设 备 以 相 同 的 优 先 权轮 流 访 问 通 讯 链 路 ,但 设 定 了 不 同 的 定 时 时 间 常 数 以 防 止 “死 锁 ”,避 免 两 个 主 设 备 同时 访 问 链 路 。 当 某

18、一 主 设 备 通 讯 结 束 后 ,需 要 首 先 侦 听 载 波 ,等 待 一 段 时 间 以 确 保 另 一主 设 备 能 够 访 问 通 讯 链 路 ,若 链 路 上 有 载 波 存 在 ,该 主 设 备 放 弃 使 用 链 路 ;若 定 时 时 间溢 出 ,该 主 设 备 可 以 继 续 访 问 通 讯 链 路 。 当 通 讯 链 路 上 存 在 阵 发 设 备 时 ,一 主 设 备 只 有在 阵 发 设 备 阵 发 给 另 一 主 设 备 通 讯 结 束 之 后 ,方 可 访 问 通 讯 链 路 。1.3 应 用 层应 用 层 执 行 主 设 备 所 请 求 的 命 令 , 协 议

19、 把 命 令 分 为 通 用 命 令 、 常 用 命 令 及 专用 命 令 ,通 用 命 令 表 示 符 合 协 议 的 现 场 仪 表 所 必 须 执 行 的 功 能 ,在 一 定 程 度 上保 证 了 现 场 仪 表 的 互 操 作 性 ,常 用 命 令 表 示 大 多 数 现 场 仪 表 所 执 行 的 功 能 ,专 用 命 令 表示 现 场 仪 表 所 实 现 的 特 殊 功 能 ,如 :传 感 器 特 征 化 、 过 程 积 算 、 运 算 实 现 就 地 控 制 。按 功 能 又 可 把 命 令 分 为 现 场 仪 表 管 理 命 令 ,仪 表 变 量 相 关 信 息 读 写 命

20、令 ,操 作 方 法 相 关命 令 。(1) 现 场 仪 表 管 理 命 令 获 取 现 场 仪 表 的 管 理 信 息 ,如 :读 取 仪 表 的 制 造 厂 商 及 设 备 型 号 ,仪表 的 硬 件 、 软 件 版 本 号 ,工 位 号 ,装 配 号 ,描 述 符 (如 说 明 仪 表 的 安 装 位 置 ),日 期 (如 校验 、 安 装 维 护 时 间 )。 仪 表 的 轮 询 地 址 等 。(2) 仪 表 变 量 相 关 信 息 读 写 命 令 按 设 定 单 位 返 回 仪 表 检 测 过 程 变 量 ,输 出 电 流 及 百 分数 ,对 于 多 传 感 器 变 送 器 ,执 行

21、 一 次 通 讯 ,主 设 备 可 以 获 取 至 多 4 个 变 量 数 值 ;读 取 传 感器 信 息 如 :传 感 器 序 列 号 ,单 位 代 码 和 极 限 值 ;读 取 变 量 信 息 如 :变 量 单 位 、 变 量 运 算 函 数代 码 、 量 程 范 围 和 阻 尼 值 ,可 以 设 定 或 校 正 变 送 器 零 点 和 量 程 ,设 定 变 量 的 阻 尼 时 间 常 数及 运 算 方 式 如 :线 性 运 算 、 平 方 运 算 、 开 方 运 算 、 按 特 定 曲 线 进 行 运 算 处 理 等 。(3) 操 作 方 法 相 关 命 令 设 定 模 拟 电 流 固

22、定 输 出 进 行 回 路 测 试 ,对 模 拟 电 流 输 出 零 点 和 增益 微 调 ,仪 表 自 诊 断 、 自 校 正 等 。1.4 设 备 描 述 ( ) 协 议 通 用 命 令 、 常 用 命 令 在 一 定 程 度 上 保 证 了 现 场 仪 表 的 互 操 作 性 ,设 备描 述 详 细 地 描 述 了 现 场 仪 表 的 外 部 特 性 :变 量 ,命 令 集 ,操 作 方 法 如 :仪 表 校 正 、 模 拟输 出 微 调 、 变 量 关 系 、 变 量 集 合 、 人 机 界 面 等 。 它 相 当 于 参 考 互 联 模 型 的 顶 层 “用 户层 ”,在 主 设 备

23、 中 类 似 于 设 备 驱 动 程 序 ,真 正 地 实 现 了 仪 表 互 操 作 性 ,同 时 解 决 了 现场 仪 表 与 主 设 备 开 发 的 相 互 依 赖 关 系 ,仪 表 更 新 换 代 、 新 型 仪 表 开 发 及 主 设 备 升 级 互 不 影响 ,主 设 备 只 需 升 级 的 版 本 或 装 入 新 型 ,如 同 升 级 打 印 机 驱 动 程 序 一 样 简 单 。首 先 开 发 人 员 应 详 细 了 解 仪 表 特 性 ,然 后 根 据 设 备 描 述 语 言 语 法 编 写 源 文 件 ,并 和 标 准 一 起 编 译 生 成 二 进 制 格 式 文 件 以

24、 供 主 设 备 或 手 持 器 如 本 公 司 代 理 的 ViT 公 司 制 造 的 USB HART modem 对 其 进 行 组 态 。 网 络 应 用 层 用 郑 州 波 特 电 子 有 限 公 司All contents are subjected to change without prior notice (Rev 1.0) Tel:0371-67370887 Fax:0371-67370196E_mail： http:/Copyright 2006 baud electronic co.,LtdAssumes no responsibility for any errors which may appear in this document. 1HART 通讯协议及应用 郑州波特电子有限公司（ HART/RS-232） 适 配 器 连 到 网 络 上 ,兼 作 网 络 管 理 器 ， 实 现 监 控 功能 ， 综 上 所 述 ,HART 为 全 分 散 式 的 现 场 设 备 提 供 了 可 互 操 作 的 控 制 网 络 。