0.引言
很多年以来,4～20ｍＡ信号一直成为现场仪表信号传输标准,在过程自动化设备之间信息通信受到了极大的限制,仅能得到与过程变量成正比的电流信号。1989年Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ首先制订了ＨＡＲＴ高速可寻址远程传感器协议,引起了现场仪表通讯标准的技术革命,在工业过程中作为现场智能仪表数字通讯标准广为应用。
为满足工业过程对ＨＡＲＴ协议的日益需求,在1993年成立ＨＡＲＴ通讯基金会。ＨＡＲＴ基金会是一个独立的、非盈利机构,它的主要职责是制订、维护及升级ＨＡＲＴ协议标准,登记注册会员、提供对应用ＨＡＲＴ技术在全球范围内的技术支持和培训。目前,世界上已有60%的智能仪表采用了ＨＡＲＴ协议,主要的仪表供应厂商都提供支持ＨＡＲＴ协议的智能仪表,如ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ、ＦＯＸＢＯＲＯ、ＡＢＢ、Ｅ＆Ｈ、ＳＭＡＲ等仪表制造商。专家预测到2000年约有75%的智能仪表支持ＨＡＲＴ协议,开发符合ＨＡＲＴ协议的新类型仪表和制造厂商正持续快速增长。
1.ＨＡＲＴ协议
ＨＡＲＴ协议采用在4～20ｍＡ模拟信号上叠加音频数字信号进行双向数字通讯,而不影响传送给控制系统模拟信号的大小,保证了与现有模拟系统的兼容性。ＨＡＲＴ协议遵循ＩＳＯ制订的ＯＳＩ开放式系统互连参考模型,采用了ＯＳＩ模型的第一层、第二层和第七层,即物理层、数据链路层和应用层。
1.1物理层
物理层规定了信号的传输方法、传输介质,ＨＡＲＴ信号传输是基于ＢＥＬＬ202通讯标准,采用ＦＳＫ(频移键控)方法,数字信号的传送波特率设定为1200ｂ/ｓ,数字信号“0”和“1”分别用1200Ｈｚ和2200Ｈｚ的正弦波表示,这些频率的正弦波叠加在模拟信号上一起传送。由于ＦＳＫ信号平均值为零,对模拟信号不会产生任何影响。通常采用双绞同轴电缆作为传输介质时,最大传输距离可达到3000ｍ。
1.2 数据链路层
数据链路层规定了ＨＡＲＴ帧的格式,实现建立、维护、终结链路通讯功能,ＨＡＲＴ协议根据冗余检错码信息,采用自动重复请求发送机制,消除由于线路噪音或其它干扰引起的数据通讯出错,实现通讯数据无差错传送。
(1) ＨＡＲＴ帧
ＨＡＲＴ协议规定了数据通讯按帧的格式传送,ＨＡＲＴ帧由链路同步信息、寻址信息、用户数据以及校验和组成,ＨＡＲＴ帧又被分为请求帧、应答帧和阵发帧。请求帧和应答帧的主要差别在于应答帧包含了数据通讯状态和变送器的工作状态。
链路同步码
定界符
地址
命令号
字节长度
数据字节
校验和
链路同步码
定界符
地址
命令号
字节长度
响应码
数据字节
校验和
ＨＡＲＴ请求帧/应答帧格式
链路同步码:ＨＡＲＴ协议采用2到20个十六进制的“ＦＦ”字节作为接收设备的同步信息,主设备或控制系统可通过链路层管理命令设定同步字节个数。
定界符:表示ＨＡＲＴ帧的开始,定义了帧的类型及寻址格式。根据定界符的低3位ｂ2ｂ1ｂ0可以把ＨＡＲＴ帧分为请求帧、应答帧和阵发帧。根据定界符的最高位ｂ7可以把ＨＡＲＴ帧寻址信息分为长格式和短格式,如表1所示。
帧类型
长 帧ｂ7=1
短 帧ｂ7=0
阵发帧
0x81
0x1
请求帧
0x82
0x2
应答帧
0x86
0x6
地址:短格式地址长度为一个字节,低4位ｂ3ｂ2ｂ1ｂ0表示从设备的地址号,ＨＡＲＴ协议规定了地址号的范围为0～15,在总线上最多只能挂15台变送器。长格式地址长度为五个字节,由第一字节的低6位及其后连续四个字节共38位构成,由仪表唯一标识码的低38位表示,由6位仪表制造厂商标识代号,8位仪表类型代码及24位仪表序列号组成。使用长格式地址寻址,原理上在总线上所挂变送器的数量可以不受限制,可根据通讯扫描频率、通讯介质、功耗等决定在总线上所挂变送器的数量。地址第一字节的最高位ｂ7表示主设备地址位,ｂ7=1时表示第一主设备;ｂ7=0时表示第二主设备,如:手持器。第一字节的ｂ6位表示现场仪表的阵发允许位,ｂ6=1时表示现场仪表允许阵发;ｂ6=0时表示现场仪表不允许阵发,ＨＡＲＴ协议规定在总线上只允许一台变送器以阵发方式通讯。
命令号:表示现场仪表所要执行的功能,命令号的有效范围为0～255。
字节长度:表示后续数据的长度,表示ＨＡＲＴ帧的结束位置。
响应码:应答帧包含长度为两个字节的响应字,第一字节表示数据通讯状态及现场仪表命令执行结果,当ｂ7=1时,数据通讯出错,后续位代表了错误类型,如:奇/偶校验错,水平校验和错,数据帧错等;当ｂ7=0时,表示现场仪表命令执行结果状态,如:命令未执行,命令执行出错,命令执行警告。第二字节表示现场仪表的工作状态,如:变量超限、模拟输出饱和、仪表误操作等,保证了现场仪表数据的可靠性及仪表工作的安全性。
数据字节:表示与命令相关的数据。
校验和:表示从定界符开始对所有字节进行异或操作运算,确保通讯数据无差错传送。
(2) ＨＡＲＴ帧编码
ＨＡＲＴ帧以8位为一字节进行编码,对每一字节加上起始位,奇 |
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