文档介绍：第二章 HART协议
HART是可寻址远程传感器数据公路(Highway Addressable Remote Transducer)的缩写,它是由Rosemount公司提出的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。所谓“过渡”就是指HART兼容了传统4~20mA模拟信号与数字通讯信号。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,。本章仅对HART协议作简要介绍,详见参考文献[1],[2],[3],[4]。
OSI层次
HART层次
第七层
应用层
HART命令层
第六层
表示层
第五层
会话层
未使用
第四层
传输层
第三层
网络层
第二层
数据链路层
HART协议规则
第一层
物理层
Bell 202 FSK
HART协议层次
§ HART协议的物理层
本节主要描述了HART协议的物理层的信号模式和传输介质等,这些都是与OSI协议参考模型的物理层的规定相一致的。
§ FSK频移键控
HART协议采用了Bell202标准的FSK频移键控信号。它在4~,一个1200Hz的波形代表逻辑“1”,两个2200Hz的波形代表逻辑“0”,。由于所叠加的正弦信平均值为0,所以不会影响4~20mA的输出电流。因此,模拟仪表在数字通讯时仍可以照常工作,这是HART协议的重要优点之一。HART协议的数据传送速率为1200波特,比较慢,在控制系统发展后将会显示出它的局限性。
HART通讯信号
HART协议信号频率和传送速率的选择依据美国Bell202标准,该标准用于在电话网上传送数字信息。因此,合适的低价位的MODEM集成芯片可广泛应用。
HART协议规定主设备(主控制器或手执通讯器)传送电压信号,而从设备传送电流信号。普通二线制变送器是通过控制环路电流来正常运行的,很容易把这种控制扩展到含有低幅高频的HART通讯信号的元件的系统。在HART设备和电源之间至少要接230Ω以上的负载电阻,通讯时变化的电流信号即通过该电阻转化为相应的电压信号。因此所有设备应采用电压敏感的接收器电路。。
主设备传送的信号
min:400mV;max:600mV
从设备传送的信号
min:;max:
接收器灵敏度(要求必须正确接收)
120mV~
接收器阈值
0~80mV
最大的从设备信号,由1100Ω负载转换
1320mV
最小的从设备信号,由230Ω负载转换
184mV
HART通讯信号电平(均为峰峰值)
接收器灵敏度的规定允许由电缆或其它元器件引起的适度的信号衰减。接收器阈值的规定减少了外来信号的干扰,避免了邻近电缆上HART信号的串扰以及共用非理想地、供电系统等引起的干扰。
§ 连接方式
。在实际应用中,供电单元、传送器和负载电阻可以按任意顺序连接,电路中的任意一点都可以接地。手持终端或主设备通讯设备不能直接跨接在供电单元的两端,而是应该连接到通到现场的两线上(图中A、B点),或者跨接在负载电阻两端(图中B、C点)(在这种情况下,电路通过供电单元连通)。HART协议允许负载阻抗为230W~1100W。如果不是现场设备,HART通讯单元必须不提供任何直流电阻到线上。因此,。
两线制变送器常规连接电路
有些HART设备自己备有电源,供给4~20mA电流输出和HART通讯,,与之通讯的设备可跨接在负载电阻两端(图中B、C点)。
有源设备的连接电路
另外可以按多点模式将变送器连接成网络形式。HART协议中每一条通讯帧都含有源地址和目的地址,通过给每一个从设备设置不同的地址(1~15),可以把许多这样的从设备并行跨接在一条现场绞合线上,每一个从设备只应答与自己地址相符的通讯帧,这种连线方式下的环路称为多点模式。由于多点运行采用的是全数字信号,4~20mA模拟信号已毫无意义,所以HART协议指定多点运行时的各变送器只输出4mA电流(足以供电)。在点对点运行中,主变量的值可以通过模拟量或者数字通讯读取,而在多点模式中,由于模拟量已不再有效,所以只能依靠数字通讯读取主变量。
理论上应该可以把两线制电流回路和有源设备混合连接在一个多点线路中,但是由于它们不同的连接方式,现场需要有第三根线,:
两线制