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时间:2019-02-13
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1、HART协议的应用李晓光齐鲁石化信息网络中心摘要:简要介绍了HART协议,对HART协议的构成进行了分析,对HART消息的具体构成单元进行了说明。给除了编程具体事例。关键词:HART;消息结构;长结构;短结构1引言1986年,由Rosemount提出HART(HighwayAddressableRemoteTransducer,可寻址远程传感器数据通路)通信协议,它是在牛20mADC模拟信号上叠加FSK(FrequencyShiftKeying,频率调制键控)数字信号,既可用作4-20mADC模拟仪表,也可以用做数字通信仪表。1993年,成立了HART通信基金会HCF(H
2、ARTCommunicationFoundation),约有70多个公司加盟,如SiemensaYokogawa>E+H>Fisher、Rosemount等。虽然现在看来随着各种总线协议的成熟,HART协议以沦为一种过渡性的协议,但国内还是用着很多的支持HART协议的智能仪表。在相当长一段时间内,HART协议的产品仍会占据一定的市场。目前许多企业仅仅作为人工操作仪表来用,这决定了国内对HART协议应用的水平还不高,各组态软件厂商对HART协议的支持还很有限,不能直接在组台软件中直接支持HART协议的设备。2HART协议简介HART协议规定了传输的物理形式、消息结构、数据格
3、式和一系列操作命令,是一种主从协议。当通讯模式为“问答式”的时候,一个现场设备只做出被要求的应答。HART协议允许系统中存在2个主机(比如说,一个用于系统控制,另一个用于HART通信的手操仪),如果不需要模拟信号,多点系统中的一对电缆线上最多可以连接15个从设备。当地址为0时,则处于4〜20mA的DC与数字通信兼容状态;当地址为1〜15时,则处于全数字通信状态,通信模式为“问答式”或“突发式”。2.1帧格式图1HART协议信息结构形式如图1所示,一条消息包括源地址、目的地址和一个校验位。每一个应答消息中包括场设备状态,他用于确保持续通讯的顺畅进行。数据位可有可无,视具体情
4、况而定。一般每秒种可以传输2〜3条消息。HART5.0以前版本的设备一般采用“短结构”,单一的现场设备如果只利用4〜20mA电流信号进行测量吋,从设备的地址都是0;否则,对于多设备而言,从设备的地址是从1〜15,这种短结构的地址采用“随选”的方法,随机分配1〜15中的一个。HART5.0版本推出了“长结构”,这种格式的从设备地址具有独一无二性,如同每个网卡中物理地址--样,全世界范围内都没有重复,一般占5个地址字节中的38位。这38位地址信息包含了生产厂家的代码、设备型号码和设备识别码。这种格式减少了误传输和误接收的可能性。现在大多数主机设备既能支持长结构又兼容短结构,当
5、从机的应答信号中没有“惟一”标识码吋,HART5.0及其以上的版本提供的0号命令,就可以用于短帧中的设备地址识别。也就是说,主机将根据应答信号中是否具有“惟一”标识码来决定结构格式为“长”还是“短”。我们从图1中可以简单地看出一般消息帧的组成,其中:(1)PREAMBLE导言字节,一般是5〜20个FF十六进制字节。他实际上是同步信号,各通讯设备可以据此略做调整,保证信息的同步。在开始通讯的吋候,使用的是20个FF导言,从机应答0信号吋将告之主机他“希望”接收几个字节的导言,另外主机也可以用59号命令告诉从机应答吋应用几位导言。(2)START起始字节,他将告之使用的结构为
6、“长”还是“短”、消息源、是否是“突发”模式消息。主机到从机为短结构吋,起始位为02,长帧时为82。从机到主机的短结构值为06,长结构值为86。而为“突发”模式的短结构值为01,长结构为81。一般设备进行通讯接收到2个FF字节后,就将侦听起始位。(3)ADDR地址字节,他包含了主机地址和从机地址,如前所述,短结构中占1字节,长结构中占5字节。无论长结构还是短结构,因为HART协议中允许2个主机存在,所以我们用首字节的最高位来进行区分,值为1表示第一主机地址,第二主机用0表示。“突发”模式是特例,0,1值将交替出现,也就是说,在该模式下,赋予2个主机的机会均等。次高位为1表
7、示为“突发”模式,短结构用首字节的0〜4位表示值为0〜15的从机地址,第5,6位赋0;而长结构用后6位表示从机的生产厂商的代码,第2个字节表示从机设备型号代码,后3〜5个字节表示从机的设备序列号,构成“惟一”标志码。如图3和图4所示。另外,长结构的低38位如果都是0的话表示的是广播地址,即消息发送给所有的设备。(4)COM命令字节,他的范围为253个,用HEX的0〜FD表示。31,127,254,255为预留值。(5)BCNT数据总长度,他的值表示的是BCNT下一个字节到最后(不包括校验字节)的字节数。接收设备用他可以鉴别出校
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