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雖然HART協議知識一種由模擬系統向數字系統轉變過程中的過度協議,但是由于HART協議是*向后兼容的智能儀表解決方案,即它可以在提供現場總線的*性的同時,保留對現有4-20mA系統的兼容性。而且與模擬儀表相比,HART智能儀表在成本不增加太大的前提下,具有易于調試維護和更高的精度的優點,因而在當前的過度時期具有較強市場競爭力,早目前智能儀表市場上占有很大的份額。據統計,1994年,HART協議智能變送器占世界智能變送器市場的76%,已經成為一種事實上的工業標準。據業內人士估計,HART協議在上的使用壽命為15~20年,國內由于客觀因素所限,使用壽命還會更長一些。因此,在今后相當長的一段時間里,HART 協議產品仍具有十分廣闊的市場。
HART 協議使用了ISO/OSI模型的第1、2、7層,即物理層、數據鏈路層和應用層。HART通信可以有點對點或多點連接模式。下面將對這三層分別進行簡單的介紹。
HART協議在物理層使用了Bell202標準的頻移鍵控(FSK)信號,在4-20mA信號過程測量模擬信號上疊加了低電平的數字信號。數字FSK信號相位連續,平均值為0,不影響4-20mA模擬信號,從而使模擬信號和數字雙向通信能同時進行,而不相互干擾。在HART協議中物理層中,規定通信傳輸速率為1200波特,邏輯“1”由一個周期 1200Hz頻率代表,邏輯“0”由近似兩個周期的22000Hz代表。
HART的數據鏈路層規定了通信數據的結構、通信模式、用戶接口原語等。比如規定了在HART通信中,每個字符由11位組成,包括1bit停止位、8bit數據位、1bit奇偶校驗位、1bit停止位。HART數據鏈路層規定了HART通信基于主/從(Master/Slave)協議原理,這意味著只有在主站呼叫時,現場設備才傳送信息。在一個HART總線上,可以同時存在兩個主設備,第2主設備通常為手持器,在這種模式下,由于每次數據的傳送都必須由主設備發起,所以數據更新速率比較低。當需要更高的數據更新速率時,可以使從設備工作在突發(Burst)模式。當從設備進入突發模式后,將不斷的發送的HART響應信息嗎,直到主站發送命令使其退出突發模式。
HART協議也支持在一對雙絞線上掛多臺HART協議從設備。將HART協議智能儀表的輪詢地址設為非0,將使其工作在多點模式,在多點模式下,4-20mA,模擬信號作廢,流經從設備的回路電流固定在4-20mA。由于每個HART協議從設備具有*的長設備地址,所以主設備可以對每一個從設備進行操作,此時通訊方式只能是主/從模式。
HART協議在應用層規定了強大的 命令集。HART通訊基于命令,也就是主站發送命令,從站作出相應的響應。HART命令可以分為通用命令、普通常用命令、設備特殊命令三類。通用命令對于所有符合HART協議的智能設備都適用,目的是確保在大量并不斷增長的來自不同供應商的符合HART協議的設備間可互操作,并在日常工廠操作中訪問數據,即讀取過程測量值,上限、下限范圍,和其他一些信息,諸如生產廠家,型號、位號及描述等。普通常用命令訪問那些大多數但并非全部設備所具有的功能這些命令可選,但如果實現,必須被特殊說明,這些命令用于常用的操作如寫阻尼時間常數等。設備特殊命令使針對各種具體設備的特殊性而設立的,不要求設備之間統一,大多數用于設備參數組態、標校等。在每一個HART命令響應中包含設備狀態信息,指出設備失效或其他問題,例如模擬輸出飽和、變量超限或通訊錯誤等。一些HART協議兼容設備可以連續檢查設備狀態位,在發現問題時,發出警報或停車。為了確保互操作性,在通用和普通常用命令的基礎上,HART 協議規定了設備描述(DD)并通過設備描述語言(DLL)表達。DD把主設備操作從設備所需要的所有信息都放在了一起,并且對現場設備給出了一種清楚的、無二義性的、一致的描述。HART從設備生產商使用DD建立相關設備特性的軟件,因而有識別DD能力的主站可以*訪問該設備。一個針對所有HART兼容設備描述的中央數據庫有HART通訊基金會管理。
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