hart总线分析

1、HART总线主讲人：梁 赵 易 HART总线1.简介2.HART规范3.操作命令4.工作方式5.通信优势1.简介HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国ROSEMOUNT公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。 HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过10多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。HART通信采用的是半双工的通信方式，其特点是在现有 模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性

2、产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。HART 规定了一系列命令，按命令方式工作。一.通用命令，这是所有设备都理解、都执行的命令二.一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现，这类命令包括最常用的的现场设备的功能库.三.特殊设备命令，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。图1.HART协议的运用HART协议于80年代后期开发，并于90年代初移交到HART基金会。从那时起，它已经更新了好几次。每一次的协议更新都确保更新向后兼容以前的版本。HART协议当前的版本是7.3版。“7”表示

3、主修订号码，而“3”表示次修订号码。HART协议实现了开放系统互连（OSI）7层协议模型的第1、2、3、4和7层：2.HART规范 协议物理层 数据链路层 网络层 传输层 应用层2.1协议物理层物理层：HART协议的物理层规定了信号的传输方法、传输介质，HART支持模拟信号和数字信号在同一线路上传输。以贝尔202标准为基础，采用频移键控（FSK），以1200bps的速率通信。代表0和1位值的信号频率分别为2200和1200Hz。该低电平信号叠加在4到20mA的模拟测量信号之上，而不会对模拟信号造成任何干扰。 图2 HART 协议通信的FSK 信号定义了一项主从协议 - 在正常使用下，现场设备只

4、在收到信号时才作回答。可以有两个主设备，例如，控制系统作为第一主设备，而手持HART通信器作为第二主设备。时序规则定义每个主设备可以开始通信事务的时间。单个多点线缆对可以连接多达15个或更多的从设备。2.2数据链路层2.3网络层提供路由、端到端安全及传输服务。它管理与通信设备之间端到端通信的“会话”。2.4传输层数据链路层确保通信成功地从一个设备到另一个设备传播。传输层可以被用来确保端到端通信的成功。2.5应用层定义了协议所支持的命令、响应、数据类型和状态报告。在应用层，协议的公共命令分为四大类：通用命令 - 提供在所有现场设备都必须实现的功能常用命令 - 提供很多设备所共有的功能，但并不是所

5、有的现场设备都具有的功能设备特定命令 - 提供某特定现场设备所特有的功能，由设备制造商所指定设备系列命令 - 为特定测量类型的仪器提供一套标准化的功能，允许无需使用设备特定指令便能进行完全的通用性访问。3.1操作命令分类操作命令处于应用层，包括通用命令、普通命令和特殊命令。通用命令的范围从030。图3 通用命令3.1操作命令分类普通命令是从32到126。他提供了大多数设备的功能命令通用命令的范围从030。图4 普通命令3.1操作命令分类普通命令中的123和126号命令并非公共的，他们专用于生产厂家在生产设备时输入的设备的特殊信息，一般用户是不会改动的，像设备识别号之类。也可以用于直接读、写存储

6、器。特殊命令的范围是从128253，他提供给现场设备专用的功能。早先的设备特殊命令常常将设备型号码作为数据中的第1个字节，以保证命令传输给正确的设备。在HART5.0版本之后，由于惟一标识码的使用，就省略掉了这步骤。用户若要使用不同设备的特殊命令时可以参照厂家提供的设备文档。3.2常用重要命令（1）0号和11号命令用于识别现场设备。我们知道无论采用长结构还是短结构都可以标识现场设备，应答0号命令的信息中就包含了对不同设备的标识；然后，主机建立不同的标志，为随后的长结构命令做准备。在HART4.0版本及以前，传输类型码分为2字节:一个是生产厂商代码，另一个是设备类型代码。而两个字节还可以节略。到

7、了HART5.0版本就必须使用充扩的代码表示设备信息，还用ID号代替了最终流水线号。一个主机通常以0号命令开始通讯，赋予随选地址0，然后扫描115地址，看谁期待操作，显然由于HART5.0版本后的设备，主机可以使用11号命令，再带一个全0的广播地址，外加命令中的标志作为数据，等待着具有相同标志的从机响应，而应答的11号命令等同于0号命令。3.2常用重要命令（2）2和3号命令用于读取不同形式中的测量变量。命令2和3中有以mA为单位的电流值，电流值只有在设定输出范围内才可以作为主参量PV，而在其他时候，像复用模式、输出量可变、饱和或设备错误都不能如此使用。尽管PV和其他动态变量不受设定输出范围的限

8、制，但是却必须受限于传感设备。（3）6号命令用于随选地址的设定。设定为0，该设备就在点到点的模式工作，产生模拟输出信号；设定为115，设备就工作在多点模式中，输出电流值固定为4mA。（4）12号和19号命令用于读、写一系列设备信息。HART4.0版本及以前使用4号和5号命令实现此功能。 4.工作方式u“HART”是高速可寻址远程传感器的缩写。HART协议利用贝尔202频移键控（FSK）标准，将低电平的数字通信信号叠加在4 - 20mA之上。4.工作方式这项技术实现了双向现场通信，并使得同智能现场仪表传输比一般过程变量更多的信息成为可能。HART协议以1200 bps的速率通信，而不影响4 -

9、20mA信号，并允许一个主机应用程序（主设备），从智能现场设备每秒获取两次或两次以上的数字更新。由于数字FSK信号是相位连续的，因而不会对4 - 20mA信号造成干扰。uHART技术是个主/从协议，这意味着，只有当主设备发出信号时，智能现场（从）设备才会发送信号。HART协议可在多种模式下使用，如点到点或者多点模式，在智能现场仪表和中央控制或监测系统之间传输信息。HART通信发生在两个具有HART功能的设备之间，通常是智能现场设备和控制或监测系统之间。通信使用标准的仪器级电缆，并且使用标准的接线和终端处理方式。4.工作方式uHART协议提供两个同步通信通道：4 - 20mA模拟信号和一个数字信

10、号。 4 - 20mA信号利用4 - 20mA的电流回路 它是最快和最可靠的业界标准，来传输主要的测量值（在现场仪表的情况下）。另外，HART利用叠加在模拟信号之上的数字信号，来传输其它的设备信息。 数字信号中包含了来自设备的信息，包括设备状态、诊断、额外的测量或计算值等。这两个通信通道结合起来，提供了一种易于使用和配置的低成本、高度可靠的、完整的现场通信解决方案。4.工作方式图5 两个通信通道4.工作方式uHART协议最多可有两个主设备（第一主设备和第二主设备）。这使得可以利用第二主设备，例如手持通信器，而不会对第一主设备，如控制/监测系统的通信造成干扰。图6 第一和第二主方4.工作方式图7

11、 点到点的配置HART协议允许与现场设备之间的所有数字通信，可采用点到点或多点模式的网络配置：4.工作方式图8 多点配置多点模式的配置还有一个可选的“猝发”通信模式，其中单个从设备可连续广播标准的HART回复信息。这一可选的“猝发”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点到点的配置。：5.通信优势HARTHART技术可以帮助您：技术可以帮助您： 利用整套智能设备数据的能力，来提升运营能力。对设备、产品或工艺性能出现变化进行早期预警。 缩短发现到解决问题的故障排除时间。 不断验证回路和控制/自动化系统策略的完整性。 提高资产效率和系统可用性。提高工厂的可用性提高工厂的可用性 将设备和系统集成起来，以检测先