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1、HART智能仪表系统在采油平台上的应用46卷增刊2oo5年11月中国造船SHIPBUⅡDINGOFCHⅡ,iAVo1.46SpecialNOV.2oo5文章编号:1000.4882(2005)S357.05HART智能仪表系统在采油平台上的应用王强(海洋石油工程股份有限公司,天津300452)摘要HART协议是可寻址远程传感器高速通道通信协议,其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,用来连接变送器和调节阀定位器.它的典型应用是远程组态仪表和诊断.本文以BZ25.1工程为背景,介绍HART协议仪表在海
2、上采油平台上的应用.关键词:HART;数字通讯:模拟信号过程工业的现场设备向数字化,网络化的变迁是过程控制领域的必然趋势.现场总线技术具有节约布线费用,操作灵活,可实现网络管理,可实现互操作等优点,因此它已成为公认的过程控制的发展方向.但是现场总线控制系统在功能上还不能完全取代已经发展得比较完善的DCS.在这种情况下,HART协议作为一种兼容原有4mA--,20mA模拟信号的数字通讯方式产生了.HART是可寻址远程传感器高速通道开放通讯协议,它是HighwayAddressableRemoteTransdu
3、cer的缩写.最早由Rosemount公司于1986年开发并得到多家着名仪表公司的支持,在1993年成立了HART通信基金会HCF(HARTCommunicationFoundation).这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议,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产品.HART协议目前已被认为是事实上的工业标准,但是,它仅仅是一个过渡性协议,还不是现场总线1HART协议基本原理1.1HART协议网络结构】HART协议参考ISO/OSI(5]:放系
4、统互连模型),采用了它的简化三层模型结构,即第一层物理层,第二层数据链路层和第七层应用层(如图1所示).应用层应用层数据链路层数据链路层物理层物理层一_二=>图1HART通讯协议模型1.1.1物理层收稿日期:2005.O8.14图2HART协议通讯信号中国造船学术论文物理层规定信号的传输方法,传输介质.HART协议在4mA～20mA的模拟信号上迭加了一个基于Bell202标准的FSK(FrequencyShiftKey.ing)频移键控音频数字信号.是国际标准的半双工电流信号和数字通信方式.1200H
5、z代表逻辑"0",2200Hz代表逻辑"1";信号的传输速率为1200位/s;信号的幅值为0.5mA(如图2所示).由于FSK信号的平均值为0,所以不影响传送给控制系统的模拟信号的直流分量大小.只要用低通滤波器滤去数字信号,模拟信号可以正常工作.保证了模拟信号与数字信号的兼容性.(如图3所示).HART通讯介质采用普通的双绞线就可以,线路总阻抗应在230Q~1100Q之间.:P】[uiAMB:序文STARTADDRCOMMBCNT【STATUS】[DATA】起始符地址命令数据长响应码数据厂]ICHKl卜_—
6、——I蕉堕塑I5—20字节,全部为FF起始符:I字节地址:1-5字节,表明源或目的地址命令:1字节数据长:响应码和数据的总长度,1字节响应码:2字节,仅用于应答时数据:0—25字节校验和以:1字节'封闫(ml2叠加在模拟信号上的HART信号图4HART数据帧格式1.1.2数据链路层数据链路层规定了数据帧格式和数据通信规程.数据帧的格式如图4所示,最长为25个字节.HART协议是主,从控通信协议,系统允许有2个主设备,最多l5个从设备.其中,主设备向从设备发送的数据为请求帧;而从设备向主设备发送的数据为响应帧
7、.响应帧只比请求帧多了响应码,而响应码表示出错状态.若为0,表示回答数据正确.否则回答出错.每个字节由1l位组成,其中包括一个起始位,8个数据位,1个奇偶校验位和1个停止位.1.1.3应用层应用层提供了256个HART通信协议命令.命令分为3类.第1类为通用命令,适用于所有符合HAR1协议的产品,如读主变量的值和单位等.第2类为普通应用命令,适用于大部分HART产品,但不同的产品会有区别,如写主变量.第3类为特殊命,是各个厂家所特有的命令,不互相通用.1.2HART协议仪表系统的功每一个HART仪表的数字信
8、号中平均能提供35—40项信息.1.2.1便于仪表和控制回路的调试HART仪表都能提供仪表本身的信息.包括仪表的型号,测量范围,制造厂名称,材料,工位号等.因此,调试人员从屏幕上就能知道各个工位上安装的仪表是否是正确的仪表,而不必到现场去一一确认.HART仪表还能提供仪表组态的量程范围,量程上下限值.这些组态参数是否与DCS系统中相应的组态参数匹配,这在调试中是很关键的.如果两者不匹配,就会引起控制策略不能正常执
