HART協議簡介
HART(Highway Addressable Remote Transducer),可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議,是美國ROSEMOUNT公司于1985年推出的一種用于現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議。 HART裝置提供具有相對低的帶寬,適度響應時間的通信,經過10多年的發展,HART技術在國外已經十分成熟,并已成為全球智能儀表的工業標準。
1、HART協議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號,在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊,數據傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0,不影響傳送給控制系統模擬信號的大小,保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送,在需要的情況下,另外的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。
HART通信采用的是半雙工的通信方式,其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信,屬于模擬系統向數字系統轉變過程中過渡性產品,因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力,得到了較快發展。HART 規定了一系列命令,按命令方式工作。它有三類命令,第一類稱為通用命令,這是所有設備都理解、都執行的命令;第二類稱為一般行為命令,所提供的功能可以在許多現場設備(盡管不是全部)中實現,這類命令包括最常用的的現場設備的功能庫;第三類稱為特殊設備命令,以便于工作在某些設備中實現特殊功能,這類命令既可以在基金會中開放使用,又可以為開發此命令的公司所獨有。在一個現場設備中通常可發現同時存在這三類命令。
HART采用統一的設備描述語言DDL。現場設備開發商采用這種標準語言來描述設備特性,由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典,主設備運用DDL技術來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用接口。但由于這種模擬數字混合信號制,導致難以開發出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電,可滿足本質安全防爆要求,并可組成由手持編程器與管理系統主機作為主設備的雙主設備系統。
2、基金會現場總線,即FoudationFieldbus,簡稱FF。它以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎,取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次,并在應用層上增加了用戶層。
基金會現場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為 3125Kbps,通信距離可達 1900m (可加中繼器延長),可支持總線供電,支持本質安全防爆環境。H2的傳輸速率為 1Mbps和 2.5Mbps兩種,其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質可支持比絞線、光纜和無線發射,協議符合IEC1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼,每位發送數據的中心位置或是正跳變,或是負跳變。正跳變代表0,負跳變代表1,從而使串行數據位流中具有足夠的定位信息,以保持發送雙方的時間同步。接收方既可根據跳變的極性來判斷數據的“1”、“0”狀態,也可根據數據的中心位置精確定位。
HART通用命令一覽
HART命令0:讀標識碼
返回擴展的設備類型代碼,版本和設備標識碼。
請求:無
響應:
字節0: 254
字節1: 制造商ID
字節2: 制造商設備類型
字節3: 請求的前導符數
字節4: 通用命令文檔版本號
字節5: 變送器規范版本號
字節6: 設備軟件版本號
字節7: 設備硬件版本號
字節8: 設備標志
字節9-11: 設備ID號
HART命令1:讀主變量(PV)
以浮點類型返回主變量的值。
請求:無
響應:
字節0: 主變量單位代碼
字節1-4: 主變量
HART命令2:讀主變量電流值和百分比
讀主變量電流和百分比,主變量電流總是匹配設備的AO輸出電流。百分比沒有限制在0-100%之間,如果超過了主變量的范圍,會跟蹤到傳感器的上下限。
請求:無
響應:
字節0-3: 主變量電流,單位毫安
字節4-7: 主變量量程百分比
HART命令3:讀動態變量和主變量電流
讀主變量電流和4個(最多)預先定義的動態變量,主變量電流總是匹配設備的AO輸出電流。每種設備類型都定義的第二、第三和第四變量,如第二變量是傳感器溫度等。
請求:無
響應:
字節0-3: 主變量電流,單位毫安 字節4: 主變量單位代碼 字節5-8: 主變量 字節9: 第二變量單位代碼 字節10-13:第二變量
字節14: 第三變量單位代碼
字節15-18:第三變量
字節19: 第四變量單位代碼
字節20-23:第四變量
HART命令4:保留
HART命令5:保留
HART命令6:寫POLLING地址
這是數據鏈路層管理命令。這個命令寫Polling地址到設備,該地址用于控制主變量AO輸出和提供設備標識。
只有當設備的Polling地址被設成0時,設備的主變量AO才能輸出,如果地址是1~15則AO處于不活動狀態也不響應應用過程,此時AO被設成最小;并設置傳輸狀態第三位——主變量模擬輸出固定;上限/下限報警無效。如果Polling地址被改回0,則主變量AO重新處于活動狀態,也能夠響應應用過程。
請求:
字節0: 設備的Polling地址
響應:
字節0: 設備的Polling地址
HART命令7:
HART命令8:
HART命令9:
HART命令10:
HART命令11:用設備的Tag讀設備的標識
這是一個數據鏈路層管理命令。這個命令返回符合該Tag的設備的擴展類型代碼、版本和設備標識碼。當收到設備的擴展地址或廣播地址時執行該命令。響應消息中的擴展地址和請求的相同。
請求:
字節0-5: 設備的Tag,ASCII碼
響應:
字節0: 254
字節1: 制造商ID代碼
字節2: 制造商設備類型代碼
字節3: 請求的前導符數
字節4: 通用命令文檔版本號
字節5: 變送器版本號
字節6: 本設備的軟件版本號
字節7: 本設備的硬件版本號
字節8: 設備的Flags
字節9-11: 設備的標識號
HART命令12:讀消息(Message) 讀設備含有的消息。
請求:無
響應:
字節0-23: 設備消息,ASCII
HART命名13:讀標簽Tag,描述符Description和日期Date
讀設備的Tag,Description and Date。
請求:無
響應:
字節0-5: 標簽Tag,ASCII
字節6-17: 描述符,ASCII
字節18-20:日期,分別是日、月、年-1900
HART命令14:讀主變量傳感器信息
讀主變量傳感器序列號、傳感器極限/最小精度(Span)單位代碼、主變量傳感器上限、主變量傳感器下限和傳感器最小精度。傳感器極限/最小精度(Span)單位和主變量的單位相同。
請求:無
響應:
字節0-2: 主變量傳感器序列號
字節3: 主變量傳感器上下限和最小精度單位代碼
字節4-7: 主變量傳感器上限
字節8-11: 主變量傳感器下限
字節12-15:主變量最小精度
HART命令15:讀主變量輸出信息
讀主變量報警選擇代碼、主變量傳遞(Transfer)功能代碼、主變量量程單位代碼、主變量上限值、主變量下限值、主變量阻尼值、寫保護代碼和主發行商代碼。
請求:無
響應:
字節0: 主變量報警選擇代碼
字節1: 主變量傳遞Transfer功能代碼
字節2: 主變量上下量程值單位代碼
字節3-6: 主變量上限值
字節7-10: 主變量下限值
字節11-14:主變量阻尼值,單位秒
字節15: 寫保護代碼
字節16: 商標發行商代碼Private Label Distributor Code
HART命令16:讀最終裝配號 讀設備的最終裝配號。
請求:無 響應:
字節0-2: 最終裝配號
HART命令17:寫消息 寫消息到設備。
請求:
字節0-23: 設備消息,ASCII
響應:
字節0-23: 設備消息,ASCII
HART命令18:寫標簽、描述符和日期 寫標簽、描述符和日期到設備。
請求:
字節0-5: 標簽Tag,ASCII
字節6-17: 描述符Descriptor,ASCII
字節18-20:日期 響應:
字節0-5: 標簽Tag,ASCII
字節6-17: 描述符Descriptor,ASCII
字節18-20:日期
HART命令19:寫最后裝配號 寫最后裝配號到設備。
請求:
字節0-2: 最終裝配號
響應:
字節0-2: 最終裝配號
1、HART協議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號,在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊,數據傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0,不影響傳送給控制系統模擬信號的大小,保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送,在需要的情況下,另外的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。
HART通信采用的是半雙工的通信方式,其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信,屬于模擬系統向數字系統轉變過程中過渡性產品,因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力,得到了較快發展。HART 規定了一系列命令,按命令方式工作。它有三類命令,第一類稱為通用命令,這是所有設備都理解、都執行的命令;第二類稱為一般行為命令,所提供的功能可以在許多現場設備(盡管不是全部)中實現,這類命令包括最常用的的現場設備的功能庫;第三類稱為特殊設備命令,以便于工作在某些設備中實現特殊功能,這類命令既可以在基金會中開放使用,又可以為開發此命令的公司所獨有。在一個現場設備中通常可發現同時存在這三類命令。
HART采用統一的設備描述語言DDL。現場設備開發商采用這種標準語言來描述設備特性,由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典,主設備運用DDL技術來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用接口。但由于這種模擬數字混合信號制,導致難以開發出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電,可滿足本質安全防爆要求,并可組成由手持編程器與管理系統主機作為主設備的雙主設備系統。
2、基金會現場總線,即FoudationFieldbus,簡稱FF。它以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎,取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次,并在應用層上增加了用戶層。
基金會現場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為 3125Kbps,通信距離可達 1900m (可加中繼器延長),可支持總線供電,支持本質安全防爆環境。H2的傳輸速率為 1Mbps和 2.5Mbps兩種,其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質可支持比絞線、光纜和無線發射,協議符合IEC1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼,每位發送數據的中心位置或是正跳變,或是負跳變。正跳變代表0,負跳變代表1,從而使串行數據位流中具有足夠的定位信息,以保持發送雙方的時間同步。接收方既可根據跳變的極性來判斷數據的“1”、“0”狀態,也可根據數據的中心位置精確定位。
HART通用命令一覽
HART命令0:讀標識碼
返回擴展的設備類型代碼,版本和設備標識碼。
請求:無
響應:
字節0: 254
字節1: 制造商ID
字節2: 制造商設備類型
字節3: 請求的前導符數
字節4: 通用命令文檔版本號
字節5: 變送器規范版本號
字節6: 設備軟件版本號
字節7: 設備硬件版本號
字節8: 設備標志
字節9-11: 設備ID號
HART命令1:讀主變量(PV)
以浮點類型返回主變量的值。
請求:無
響應:
字節0: 主變量單位代碼
字節1-4: 主變量
HART命令2:讀主變量電流值和百分比
讀主變量電流和百分比,主變量電流總是匹配設備的AO輸出電流。百分比沒有限制在0-100%之間,如果超過了主變量的范圍,會跟蹤到傳感器的上下限。
請求:無
響應:
字節0-3: 主變量電流,單位毫安
字節4-7: 主變量量程百分比
HART命令3:讀動態變量和主變量電流
讀主變量電流和4個(最多)預先定義的動態變量,主變量電流總是匹配設備的AO輸出電流。每種設備類型都定義的第二、第三和第四變量,如第二變量是傳感器溫度等。
請求:無
響應:
字節0-3: 主變量電流,單位毫安 字節4: 主變量單位代碼 字節5-8: 主變量 字節9: 第二變量單位代碼 字節10-13:第二變量
字節14: 第三變量單位代碼
字節15-18:第三變量
字節19: 第四變量單位代碼
字節20-23:第四變量
HART命令4:保留
HART命令5:保留
HART命令6:寫POLLING地址
這是數據鏈路層管理命令。這個命令寫Polling地址到設備,該地址用于控制主變量AO輸出和提供設備標識。
只有當設備的Polling地址被設成0時,設備的主變量AO才能輸出,如果地址是1~15則AO處于不活動狀態也不響應應用過程,此時AO被設成最小;并設置傳輸狀態第三位——主變量模擬輸出固定;上限/下限報警無效。如果Polling地址被改回0,則主變量AO重新處于活動狀態,也能夠響應應用過程。
請求:
字節0: 設備的Polling地址
響應:
字節0: 設備的Polling地址
HART命令7:
HART命令8:
HART命令9:
HART命令10:
HART命令11:用設備的Tag讀設備的標識
這是一個數據鏈路層管理命令。這個命令返回符合該Tag的設備的擴展類型代碼、版本和設備標識碼。當收到設備的擴展地址或廣播地址時執行該命令。響應消息中的擴展地址和請求的相同。
請求:
字節0-5: 設備的Tag,ASCII碼
響應:
字節0: 254
字節1: 制造商ID代碼
字節2: 制造商設備類型代碼
字節3: 請求的前導符數
字節4: 通用命令文檔版本號
字節5: 變送器版本號
字節6: 本設備的軟件版本號
字節7: 本設備的硬件版本號
字節8: 設備的Flags
字節9-11: 設備的標識號
HART命令12:讀消息(Message) 讀設備含有的消息。
請求:無
響應:
字節0-23: 設備消息,ASCII
HART命名13:讀標簽Tag,描述符Description和日期Date
讀設備的Tag,Description and Date。
請求:無
響應:
字節0-5: 標簽Tag,ASCII
字節6-17: 描述符,ASCII
字節18-20:日期,分別是日、月、年-1900
HART命令14:讀主變量傳感器信息
讀主變量傳感器序列號、傳感器極限/最小精度(Span)單位代碼、主變量傳感器上限、主變量傳感器下限和傳感器最小精度。傳感器極限/最小精度(Span)單位和主變量的單位相同。
請求:無
響應:
字節0-2: 主變量傳感器序列號
字節3: 主變量傳感器上下限和最小精度單位代碼
字節4-7: 主變量傳感器上限
字節8-11: 主變量傳感器下限
字節12-15:主變量最小精度
HART命令15:讀主變量輸出信息
讀主變量報警選擇代碼、主變量傳遞(Transfer)功能代碼、主變量量程單位代碼、主變量上限值、主變量下限值、主變量阻尼值、寫保護代碼和主發行商代碼。
請求:無
響應:
字節0: 主變量報警選擇代碼
字節1: 主變量傳遞Transfer功能代碼
字節2: 主變量上下量程值單位代碼
字節3-6: 主變量上限值
字節7-10: 主變量下限值
字節11-14:主變量阻尼值,單位秒
字節15: 寫保護代碼
字節16: 商標發行商代碼Private Label Distributor Code
HART命令16:讀最終裝配號 讀設備的最終裝配號。
請求:無 響應:
字節0-2: 最終裝配號
HART命令17:寫消息 寫消息到設備。
請求:
字節0-23: 設備消息,ASCII
響應:
字節0-23: 設備消息,ASCII
HART命令18:寫標簽、描述符和日期 寫標簽、描述符和日期到設備。
請求:
字節0-5: 標簽Tag,ASCII
字節6-17: 描述符Descriptor,ASCII
字節18-20:日期 響應:
字節0-5: 標簽Tag,ASCII
字節6-17: 描述符Descriptor,ASCII
字節18-20:日期
HART命令19:寫最后裝配號 寫最后裝配號到設備。
請求:
字節0-2: 最終裝配號
響應:
字節0-2: 最終裝配號
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