第四章-现场总线的网络通信模型.ppt

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 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02200Hz HART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 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协议的硬件设计 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 0mA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