现场总线的网络通信模型

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1、第四章　现场总线的网络通信模型内容提要典型的现场总线HARTCAN什么是HART协议HART协议（HighwayAddressibleRemoteTransducer）：是Rosemount公司于1986年提出的一项标准。实现4~20mA模拟信号与数字通讯兼容的标准，是现场总线的过渡性标准。HART协议是一个开放性协议，已成为智能仪表事实上的工业标准;1996年，HART协议产品产量为60万台，Fisher-Rosemount公司的25万台变送器中HART协议产品约占76%。专家们预计，HART在国际上的使用寿

2、命为15~20年，在国内由于客观条件所限，这个时间会更长一些。HART协议简介HART协议（可寻址远程传感器数据公路）：是用于现场智能仪表和控制室设备间通讯的一个过渡性协议。HART不是真正的现场总线，而是从模拟控制系统向现场总线过渡的一块踏脚石。HART通讯协议参照“ISO/OSI”的模型标准，简化并引用其中的1，2，7三层制定而成，即：物理层、数据链路层和应用层。HART协议HART协议层次HART协议物理层HART协议实现模拟通信和数字通信同时进行而互不干扰，采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号

3、，在低频的4～20mA模拟信号上叠加音频数字信号进行双向数字通信。音频数字信号的幅度为0.5mA，数据传输率为1200bps，1200Hz代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑“0”，HART协议物理层采用了Bell202标准的FSK频移键控技术。技术标准：波特率1200bps逻辑11200Hz逻辑02200HzHART协议物理层实现了4~20mA模拟信号与数字通信的兼容。单台设备通信距离达3000m；多站结构可达1500m。HART数据链路层通信方式主从式通信由主设备来控制数据帧的传送最多允许15个从设备连接到

4、一条多点通讯线上突发模式从设备定时重复发送数据帧半双工通讯方式寻址范围：0~15当地址为0时，处于4~20mADC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。HART数据链路层通讯帧格式PREMBCNTDELMSTATUSADDRDATACMDCHKPREM:Preamble序文BCNT:Bycount字节数DELM:Delimiter起始字符STATUS:变送器通讯状态ADDR:Address地址（源地址和目的地址）DATA:通讯数据CMD:Command命令号CHK:Checksum校验和

5、数据帧长度不固定，最长25个字节。HART协议应用层通用命令(UniversalCommend)：对所有符合HART协议的现场设备都适用的命令。包括以下内容：读变送器的量程、单位以及阻尼时间常数；读出传感器串联数目及其限制；写入轮询地址；读出制造厂及产品型号；读出主变量及单位；读出电流的输出及百分比输出；读写8个字符的标牌号，16个字符的描述内容以及日期等；HART协议应用层普通应用命令(Common-PracticeCommand)：适用于大部分符合HART协议的产品，但不同公司的HART产品可能会有少量区别

6、，如写主变量单位，微调DAC零点和增益等。主要包括：写入阻尼时间常数；写入变送器量程；标定（设置零点和量程）；微调主变量零点；微调DAC的零点和增益；完成自检及主机复位；HART协议应用层特殊命令(Transmitter-SpecificCommand)：仅适用于某种具体的现场设备。这是各家公司的产品自己所特有的命令，不互相兼容，如特征化，微调传感头校正等。主要命令包括：读出或写入开方小流量截断值；启动、停止或清除累积器；选择主变量（质量流量或密度）；读出或写入组态信息资料；微调传感器的标定；基于HART协议的

7、硬件设计4～20mALOOPRTNHARTMODEM电源模块AD421AD7715CPUGND参考电压源传感器模块VCCVCCZEROSPAN参考电压源EEPROMAIN+AIN-智能变送模块VCCA1A2GND基于HART协议系列变送器的硬件设计HART通讯模块的电路设计FSK频移键控信号Bell202MODEM带通滤波器输出波形整形电路基于HART协议系列变送器的硬件设计低功耗技术HART数字通讯的要求智能变送模块的功耗1.5mA低功耗芯片：A/D、D/A、EEPROM和MODEM总的工作电流限制在1.0

8、mA高效、低功耗的CPU传感器模块的功耗基于HART协议系列变送器的硬件设计抗干扰技术电磁滤波WDT电源监控软件自诊断基于HART协议系列变送器的硬件设计本质安全技术减少储能元件双重冗余齐纳管符合本质安全标准基于HART协议系列变送器的软件设计软件模块划分AD采样控制模块AD-DA转换模块HART链路层模块HART命令层模块键处理模块AD-DA转换模块AD定时采样信号数字调理粗大