熱控專業(yè)論文及資料-HART協(xié)議簡介

1、.HART中文資料HART詳細(xì)介紹HART協(xié)議簡介HART協(xié)議簡介現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中存在著多種不同的主機(jī)和現(xiàn)場設(shè)備，要想很好地使用他們，完善的通訊協(xié)議是必須的。HART協(xié)議最初是由美國Rosemount公司開發(fā)，已應(yīng)用了多年。HART協(xié)議使用FSK技術(shù)，在420mA信號過程量上疊加一個(gè)頻率信號，成功地把模擬信號和數(shù)字信號雙向同時(shí)通訊，而不互相干擾。HART協(xié)議參照了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開放性互連模型，使用OSI標(biāo)準(zhǔn)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。HART協(xié)議規(guī)定了傳輸?shù)奈锢硇问?、消息結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式和一系列操作命令，是一種主從協(xié)議。當(dāng)通訊模式為“問答式”的時(shí)候，一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備只做出被要求的應(yīng)答。HART協(xié)議

2、允許系統(tǒng)中存在2個(gè)主機(jī)（比如說，一個(gè)用于系統(tǒng)控制，另一個(gè)用于HART通信的手操儀），如果不需要模擬信號，多點(diǎn)系統(tǒng)中的一對電纜線上最多可以連接15個(gè)從設(shè)備。 物理層物理層規(guī)定了信號的傳輸方法、傳輸介質(zhì)。采用Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號，在低頻的420mA模擬信號上疊 加一個(gè)頻率數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通信。數(shù)字信號的幅度為0 . 5 m A ，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。數(shù)字信號波形如左圖所示。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定HART協(xié)議幀的格式，可尋址范圍015，“0”時(shí)，處于420mA及數(shù)字信號點(diǎn)對點(diǎn)模式，現(xiàn)場儀表與兩個(gè)數(shù)字通信主設(shè)備（也

3、稱作通信設(shè)備或主設(shè)備）之間采用特定的串行通信，主設(shè)備包括PC機(jī)或控制室系統(tǒng)和手持通信器。單站操作中，主變量（過程變量）可以以模擬形式輸出，也可以以數(shù)字通信方式讀出，以數(shù)字方式讀出時(shí)，輪詢地址始終為0。也就是說，單站模式時(shí)數(shù)字信號和420mA模擬信號同時(shí)有效。“115”處于全數(shù)字通信狀態(tài)，工作在點(diǎn)對多點(diǎn)模式，通信模式有“問答”式、“突發(fā)”式(點(diǎn)對點(diǎn)、自動(dòng)連續(xù)地發(fā)送信息)。按問答方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為23次s，按突發(fā)方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為34次s。在本質(zhì)安全要求下，只使用一個(gè)電源，至多能連接15臺現(xiàn)場儀表，每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備可有256個(gè)變量，每個(gè)信息最大可包含4個(gè)變量。這就是所謂的多點(diǎn)（多站）操

4、作模式。這種工作方式尤其適用于遠(yuǎn)程監(jiān)控，如管道系統(tǒng)和油罐儲存場地。采用多點(diǎn)模式，420mA的模擬輸出信號不再有效（輸出設(shè)在4mA使功耗最小，主要是為變送器供電，各個(gè)現(xiàn)場裝置并聯(lián)連接 ），系統(tǒng)以數(shù)字通信方式依次讀取并聯(lián)到一對傳輸線上的多臺現(xiàn)場儀表的測量值（或其它數(shù)據(jù)）。如果以這種方式構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以顯著地降低現(xiàn)場布線的費(fèi)用和減少主設(shè)備輸入接口電路，這對于控制系統(tǒng)有重要價(jià)值。HART協(xié)議根據(jù)冗余檢錯(cuò)碼信息，采用自動(dòng)重復(fù)請求發(fā)送機(jī)制，消除由于線路噪聲或其他干擾引起的數(shù)據(jù)誤碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無差錯(cuò)傳送。能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求。HART協(xié)議信息幀的格式如下圖所示。HART協(xié)議的幀格式以8位為

5、一個(gè)字節(jié)進(jìn)行編碼，對每個(gè)字節(jié)加上一個(gè)起始位、一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位以串行方式進(jìn)行傳輸。通常采用UART（通用異步接收/發(fā)送器）來完成字節(jié)的傳輸。由于數(shù)據(jù)的有無和長短不恒定，所以HART數(shù)據(jù)的長度不能超過25個(gè)字節(jié)。消息結(jié)構(gòu)如下所示，一條消息包括源地址、目的地址和一個(gè)校驗(yàn)位。每一個(gè)應(yīng)答消息中包括現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，用于確保持續(xù)通訊的順暢進(jìn)行。數(shù)據(jù)位可有可無，視具體情況而定。一般每秒種可以傳輸23條消息。PREAMBLE   START    ADDR       COM  

6、60;  BCNT     STATUS   DATA     PARITY序文     定界符    地址    命令號   數(shù)據(jù)長度 響應(yīng)碼   數(shù)據(jù)字節(jié) 奇偶校驗(yàn)HART50以前版本的設(shè)備一般采用“短結(jié)構(gòu)”，單一的現(xiàn)場設(shè)備如果只利用420 mA電流信號進(jìn)行測量時(shí)，從設(shè)備的地址都是0；否則，對于多設(shè)備而言，從設(shè)備的地址是從1

7、15，這種短結(jié)構(gòu)的地址采用“隨選”的方法，隨機(jī)分配115中的一個(gè)。HART50版本推出了“長結(jié)構(gòu)”，這種格式的從設(shè)備地址具有獨(dú)一無二性，如同每個(gè)網(wǎng)卡中物理地址一樣，全世界范圍內(nèi)都沒有重復(fù)，一般占5個(gè)地址字節(jié)中的38位。這38位地址信息包含了生產(chǎn)廠家的代碼、設(shè)備型號碼和設(shè)備識別碼。這種格式減少了誤傳輸和誤接收的可能性?，F(xiàn)在大多數(shù)主機(jī)設(shè)備既能支持長結(jié)構(gòu)又兼容短結(jié)構(gòu)，當(dāng)從機(jī)的應(yīng)答信號中沒有“唯一”標(biāo)識碼時(shí)，HART50及其以上的版本提供的0號命令，就可以用于短幀中的設(shè)備地址識別。也就是說，主機(jī)將根據(jù)應(yīng)答信號中是否具有“惟一”標(biāo)識碼來決定結(jié)構(gòu)格式為“長”還是“短”。   一般消息幀

8、的組成，其中：（1）PREAMBLE導(dǎo)言字節(jié)，一般是520個(gè)FF十六進(jìn)制字節(jié)。他實(shí)際上是同步信號，各通訊設(shè)備可以據(jù)此略做調(diào)整，保證信息的同步。在開始通訊的時(shí)候，使用的是20個(gè)FF導(dǎo)言，從機(jī)應(yīng)答0信號時(shí)將告之主機(jī)他“希望”接收幾個(gè)字節(jié)的導(dǎo)言，另外主機(jī)也可以用59號命令告訴從機(jī)應(yīng)答時(shí)應(yīng)用幾位導(dǎo)言。（2）START起始字節(jié)，他將告之使用的結(jié)構(gòu)為“長”還是“短”、消息源、是否是“突發(fā)”模式消息。主機(jī)到從機(jī)為短結(jié)構(gòu)時(shí)，起始位為02，長幀時(shí)為82。從機(jī)到主機(jī)的短結(jié)構(gòu)值為06，長結(jié)構(gòu)值為86。而為“突發(fā)”模式的短結(jié)構(gòu)值為01，長結(jié)構(gòu)為81。一般設(shè)備進(jìn)行通訊接收到2個(gè)FF字節(jié)后，就將偵聽起始位。（3）ADDR

9、地址字節(jié)，他包含了主機(jī)地址和從機(jī)地址，如前所述，短結(jié)構(gòu)中占1字節(jié)，長結(jié)構(gòu)中占5字節(jié)。無論長結(jié)構(gòu)還是短結(jié)構(gòu)，因?yàn)镠ART協(xié)議中允許2個(gè)主機(jī)存在，所以我們用首字節(jié)的最高位來進(jìn)行區(qū)分，值為1表示第一主機(jī)地址，第二主機(jī)用0表示。“突發(fā)”模式是特例，0，1值將交替出現(xiàn)，也就是說，在該模式下，賦予2個(gè)主機(jī)的機(jī)會(huì)均等。次高位為1表示為“突發(fā)”模式，短結(jié)構(gòu)用首字節(jié)的04位表示值為015的從機(jī)地址，第5，6位賦0；而長結(jié)構(gòu)用后6位表示從機(jī)的生產(chǎn)廠商的代碼，第2個(gè)字節(jié)表示從機(jī)設(shè)備型號代碼，后35個(gè)字節(jié)表示從機(jī)的設(shè)備序列號，構(gòu)成“唯一”標(biāo)志碼。MA主機(jī)地址BM突發(fā)模式00SA從SA機(jī)SA地SA址 

10、0;                       短 幀 地 址 結(jié) 構(gòu)另外，長結(jié)構(gòu)的低38位如果都是0的話表示的是廣播地址，即消息發(fā)送給所有的設(shè)備。（4）COM命令字節(jié)，他的范圍為253個(gè)，用HEX的0FD表示。31，127，254，255為預(yù)留值。（5）BCNT數(shù)據(jù)總長度，他的值表示的是BCNT下一個(gè)字節(jié)到最后（不包括校驗(yàn)字

11、節(jié)）的字節(jié)數(shù)。接收設(shè)備用他可以鑒別出校驗(yàn)字節(jié)，也可以知道消息的結(jié)束。因?yàn)橐?guī)定數(shù)據(jù)最多為25字節(jié)，所以他的值是從027。（6）STATUS狀態(tài)字節(jié)，他也叫做“響應(yīng)碼”，顧名思義，他只存在于從機(jī)響應(yīng)主機(jī)消息的時(shí)候，用2字節(jié)表示。他將報(bào)告通訊中的錯(cuò)誤、接收命令的狀態(tài)（如：設(shè)備忙、無法識別命令等）和從機(jī)的操作狀態(tài)。如果我們在通訊過程中發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，首字節(jié)的最高位（第7位）將置1，其余的7位將匯報(bào)出錯(cuò)誤的細(xì)節(jié)，而第2個(gè)字節(jié)全為0。否則，當(dāng)首字節(jié)的最高位為0時(shí)，表示通訊正常，其余的7位表示命令響應(yīng)情況，第2個(gè)字節(jié)表示場設(shè)備狀態(tài)的信息。UART發(fā)現(xiàn)的通訊錯(cuò)誤一般有：奇偶校驗(yàn)、溢出和結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤等。命令響應(yīng)碼可以有

12、128個(gè)，表示錯(cuò)誤和警告，他們可以是單一的意義，也可以有多種意義，我們通過特殊命令進(jìn)行定義、規(guī)定?，F(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信息用來表示故障和非正常操作模式。（7）DATA數(shù)據(jù)字節(jié)，首先我想說明的是并非所有的命令和響應(yīng)都包含數(shù)據(jù)字節(jié)，他最多不超過25字節(jié)（隨著通訊速度的提高，正在要求放寬這一標(biāo)準(zhǔn)）。數(shù)據(jù)的形式可以是無符號的整數(shù)（可以是8，16，24，32 b），浮點(diǎn)數(shù)（用IEEE754單精浮點(diǎn)格式）或ASCII字符串，還有預(yù)先制定的單位數(shù)據(jù)列表。具體的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)根據(jù)不同的命令而定。（8）CHK奇偶校驗(yàn)，方式是縱向奇偶校驗(yàn)，從起始字節(jié)開始到奇偶校驗(yàn)前一個(gè)字節(jié)為止。另外，每一個(gè)字節(jié)都有1位的校驗(yàn)位，這兩者的結(jié)合可

13、以檢測出3位的突發(fā)錯(cuò)誤。應(yīng)用層操作命令處于應(yīng)用層，包括通用命令、普通命令和特殊命令。 通用命令通用命令是所有現(xiàn)場裝置都配備的包括1)            讀制造商碼和設(shè)備類型2) 讀一次變量PV和單位 3) 讀當(dāng)前輸出和百分量程4) 讀取多達(dá)4個(gè)預(yù)先定義的動(dòng)態(tài)變量5) 讀或?qū)?字符標(biāo)簽16字符描述符日期6) 讀或?qū)?2字符信息7) 讀變送器量程單位阻尼時(shí)間常數(shù)8) 讀傳感器編號和極限9) 讀或?qū)懽罱K安裝數(shù)10) 寫登錄地址  常用命令常用命令提

14、供的功能是大部分但不是全部現(xiàn)場裝置都配備的包括1)            讀4個(gè)動(dòng)態(tài)變量之一2)            寫阻尼時(shí)間常數(shù)3)            寫變送器量程4)       

15、0;    校準(zhǔn)置零置間隔5)            設(shè)置固定的輸出電流6)            執(zhí)行自檢7)            執(zhí)行主站復(fù)位8)   調(diào)整PV零點(diǎn)9)   寫PV單位10) &

16、#160;調(diào)整DAC零點(diǎn)于增益11)  寫變換函數(shù)平方根/線性12)  寫傳感器編號13)  讀或?qū)憚?dòng)態(tài)變量用途專用命令專用命令提供分別對特殊的現(xiàn)場裝置適用的功能包括1)       讀或?qū)懙土髁拷刂怪?)       起動(dòng)停止或取消累積器3)       讀或?qū)懨芏刃?zhǔn)系數(shù)4)       選擇一次變量5) 

17、0;     讀或?qū)懡Y(jié)構(gòu)材料信息6)       調(diào)整傳感器校準(zhǔn)值 通用命令的范圍從030：0，11：設(shè)備識別（廠商、設(shè)備類型、版本）1，2，3：讀測量值6：置隨選地址12，13，17，18：讀、寫用戶輸入文本信息14，15：讀設(shè)備信息（傳感器序列號，傳感限，報(bào)警操作，范圍，傳輸結(jié)構(gòu)）16，19：讀、寫最終裝配號普通命令是從32到126，提供了大多數(shù)設(shè)備的功能命令。普通命令中的123和126號命令并非“公共”的，他們專用于生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設(shè)備時(shí)輸入設(shè)備的特殊信息，一般用戶是不會(huì)改動(dòng)的，像

18、設(shè)備識別號之類。也可以用于直接讀、寫存儲器。33，61，110：讀測量值3437，44，47：設(shè)置操作變量（范圍、時(shí)限、PV值、傳輸功能）38：復(fù)位“結(jié)構(gòu)變化”標(biāo)志39：EPROM控制4042：對話功能（固定電流模式、自測、復(fù)位）43，45，46：模擬輸入、輸出整流48：讀附設(shè)備的狀態(tài)49：寫傳感器序列號5056：用傳輸變量57，58：單元信息（標(biāo)志、描述、數(shù)據(jù)）59：寫所需導(dǎo)言號60，6270：使用復(fù)合模擬輸出107109：突發(fā)模式控制特殊命令的范圍是從128253，他提供給現(xiàn)場設(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

19、0版本之后，由于惟一標(biāo)識碼的使用，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。常用重要命令介紹0，11：用于識別現(xiàn)場設(shè)備。我們知道無論采用長結(jié)構(gòu)還是短結(jié)構(gòu)都可以標(biāo)識現(xiàn)場設(shè)備，應(yīng)答0號命令的信息中就包含了對不同設(shè)備的標(biāo)識；然后，主機(jī)建立不同的標(biāo)志，為隨后的長結(jié)構(gòu)命令做準(zhǔn)備。在HART40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。到了HART50版本就必須使用擴(kuò)充的代碼表示設(shè)備信息，還用ID號代替了最終流水線號。一個(gè)主機(jī)通常以0號命令開始通訊，賦予隨選地址0，然后掃描115地址，看誰期待操作，顯然由于HART

20、50版本后的設(shè)備，主機(jī)可以使用11號命令，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號命令等同于0號命令。2，3：用于讀取不同形式中的測量變量。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)定輸出范圍的限制，但是卻必須受限于傳感設(shè)備。6：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；設(shè)61定為115，設(shè)備就工作在多點(diǎn)模式中，輸出電流值固定為4 mA。12，19：用于讀、寫一系列設(shè)備信

21、息。HART40版本及以前使用4號和5號命令實(shí)現(xiàn)此功能。HART中文資料HART詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)格式日期：2009-08-31來源：  作者：字體：大 中 小 數(shù)據(jù)格式如果傳送的命令不成功，那么響應(yīng)中就不包含數(shù)據(jù)。然而響應(yīng)值是從現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)存中取出的，是一個(gè)近似值。數(shù)據(jù)所占的字節(jié)和格式視不同的命令而定，具體的規(guī)則可以查詢相關(guān)的資料?？磳?shí)例了解HART消息結(jié)構(gòu)例1：主機(jī)到從機(jī)FFFFFFFFFF82A606BC614E0100B0上面是主機(jī)到從機(jī)發(fā)送的一條消息。前5個(gè)字節(jié)值都為FF，顯然他是導(dǎo)言字節(jié)。接著的82起始字節(jié)，表示主機(jī)到從機(jī)發(fā)出的長結(jié)構(gòu)的消息。后5個(gè)字節(jié) “A6，06，BC，61，

22、4E”是地址字節(jié)化為二進(jìn)制表示如下： A6          06          BC           61          4E1010 0110    0000 0110 &#

23、160;  1011 1100    0110 0001    0100 1110 可見首字節(jié)A6的最高位為1表示主機(jī)，次高位為0表示非突發(fā)模式，后面的38 b表示設(shè)備的惟一標(biāo)號：“100110”是生產(chǎn)廠家代碼，值為38，是Rosemount公司的代碼；后一字節(jié)06是設(shè)備型號代碼，06代表的型號是3051C；后面的3個(gè)字節(jié)是設(shè)備識別號，本例中的值為12345678；再接下來的01是命令字節(jié)，表示1號命令，即讀取PV值后面的00是表示數(shù)據(jù)的長度；本例中無數(shù)據(jù)，值為0；最后是校驗(yàn)字節(jié)B0；例2：從機(jī)到主機(jī)FF 

24、;  FF   FF   FF   FF86A6   06   BC   61   4E010700   0006   40   B0   00   0045上面表示的是從機(jī)到主機(jī)的一條消息。本例大部分與例1相似，不同的是數(shù)據(jù)字節(jié)不再為0，其中的06表示單位PSI；后面的4個(gè)字節(jié)是用浮點(diǎn)數(shù)表示的值， 為55。并且由于本例是由從機(jī)到主機(jī)的應(yīng)答消息，所

25、以存在著狀態(tài)位，即本例中的“00 00”，表示“OK”。例3：突發(fā)模式FF FF FF FF FF8153 03 04 E6 D7031A00 6041 3F A0 002741 3F A0 003942 47 60 0006BF 06 60 003941 95 0000D4 上面是突發(fā)模式發(fā)出的一條消息。第1個(gè)字節(jié)81表示突發(fā)的長結(jié)構(gòu)模式，與前例中相似的地方我們不再介紹。注意到狀態(tài)字節(jié)“00 60”后的字節(jié)“41 3FA000”，他表示的是當(dāng)前的電流值，計(jì)算后是11976 6；后面的27表示單位mA，像后面的39表示“”一樣。數(shù)據(jù)字節(jié)中的“42 47 60 00”，“BF06 60

26、 00”，“41 95 0000”分別表示“SV”，“TV”，“FV”表示方法與PV相同。經(jīng)過解釋后的消息可以表示為：“LBTXSRdAllPv0260060119766mA119766498438psi052490218625D4”。 HART協(xié)議適配器的應(yīng)用請將檢測好的HART協(xié)議適配器按照說明連接好，并確定適配器處于工作狀態(tài)。按照說明啟動(dòng)串口調(diào)試程序或者由上位機(jī)發(fā)送相關(guān)的命令進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，客戶端可以將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算得到有用的數(shù)值。在這里我們以K-TEK公司型號為AT100的HART協(xié)議的液位計(jì)為例進(jìn)行詳細(xì)說明。命令及命令的格式標(biāo)準(zhǔn)的HART協(xié)議命令格式如下表所示讀設(shè)

27、備序號命令格式說明如下：起始位序文定界符地址命令數(shù)據(jù)長度校驗(yàn)位結(jié)束符由于要確保待發(fā)的命令完整的發(fā)送，我們特意在標(biāo)準(zhǔn)命令格式序文前加了一個(gè)起始位“23”和在校驗(yàn)位后加了一個(gè)結(jié)束符“40”。例如：發(fā)送讀取設(shè)備序號命令 23 FF FF FF FF FF 02 80 00 00 82 40命令注解如下表所示：起始位23序文FF FF FF FF FF定界符02地址80命令00數(shù)據(jù)長度00校驗(yàn)位82結(jié)束符40返回的命令格式如下表所示：序文定界符地址命令數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)校驗(yàn)位返回的數(shù)據(jù)為： FF FF FF FF FF 06 80 00 0E 00 40 FE 50 7F 06 05 01 01 08 00 6B 73 3A 30返回?cái)?shù)據(jù)命令注解如下表所示：序文ff ff ff ff ff定界符06地址80命令00數(shù)據(jù)長度0E數(shù)據(jù)00 40 FE 50 7F 06 05 01 01 08 00 6B 73 3A校驗(yàn)位30返回?cái)?shù)據(jù)6B 73 3A就是這臺設(shè)備的序號。起始位和結(jié)束符只在發(fā)送命令時(shí)做確定命令的完整發(fā)送，它不改變命令本身，更不會(huì)影響數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。發(fā)送讀取液位計(jì)動(dòng)態(tài)變量命令命令格式說明如下表所示：（AT100）82 90 7F固定 6B