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1、1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议相关知识两线制变送器一、现场过程检测仪表一般都采用一、现场过程检测仪表一般都采用两线制环路供电两线制环路供电，也就是供电，也就是供电电压为电压为12-48V12-48V，而环路中的电流为工业用标准电流，而环路中的电流为工业用标准电流4-20mA4-20mA。因此。因此整个仪表必须整个仪表必须保证保证4mA4mA供电下正常工作供电下正常工作。二、两线制变送器将传感器信号变送为二、两线制变送器将传感器信号变送为4-20mA4-20mA的电流信号输出的电流信号输出,而且而且输出信号线与电源线复用输出信号线与电源线复用。两线制变送的突出优点是
2、现场变。两线制变送的突出优点是现场变送器与控制室仪表之间的联系仅仅使用两根双绞线送器与控制室仪表之间的联系仅仅使用两根双绞线,这两根双绞线这两根双绞线既是供给变送器工作的电源线既是供给变送器工作的电源线,又是信号输出线，接口线路简单。又是信号输出线，接口线路简单。第1页/共48页1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议8080年代中期，年代中期，RosemountRosemount公司（公司（EmersonEmerson）提出）提出HARTHART协议协议 (Highway Addressable Remote Transducer)(Highway Addressable
3、 Remote Transducer)可寻址远程变送器数据通道可寻址远程变送器数据通道 用于现场智能仪表和控制室设备之间通信；用于现场智能仪表和控制室设备之间通信；HARTHART通讯协议通讯协议不能算作严格的现场总线不能算作严格的现场总线，但它是一项很好的，但它是一项很好的过渡性通讯协议；过渡性通讯协议；19931993年，年，RosemountRosemount将将HARTHART协议所有权和协议所有权和 HARTHART标志注册权标志注册权转交给转交给HARTHART通信基金会通信基金会HCFHCF；尽管尽管HARTHART迟早要被全数字化的现场总线所取代，迟早要被全数字化的现场总线所取
4、代，但但HART HART 智智能变送器仍会有十年左右的市场能变送器仍会有十年左右的市场。这项协议是这项协议是公开的公开的，只要较少的，只要较少的费用费用即可购买这一标准的全部即可购买这一标准的全部 文件。文件。Maybe as long as DCSs lifeMaybe as long as DCSs life第2页/共48页1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议HARTHART协议最突出的特点协议最突出的特点 HARTHART协议又称为协议又称为混合协议混合协议,是因为它将模拟量和数字量通是因为它将模拟量和数字量通信相融合。它既支持信相融合。它既支持4-20mA4-
5、20mA模拟信号的单变量通信，也可以模拟信号的单变量通信，也可以将附加信息以数字信号的方式进行通信。数字信息以将附加信息以数字信号的方式进行通信。数字信息以FSKFSK调制调制方式方式加载在标准的加载在标准的4-20mA4-20mA电流回路上。电流回路上。通过采用通过采用滤波技术滤波技术，可以从模拟信号中去除掉数字信号，数字，可以从模拟信号中去除掉数字信号，数字信号并不会影响模拟量信号的传输。信号并不会影响模拟量信号的传输。因此，因此，HARTHART协议最突出的特点是协议最突出的特点是：数字通信与模拟信号数字通信与模拟信号4 420mA20mA兼容，传输的信号用调制后的正弦信号叠加在兼容，传
6、输的信号用调制后的正弦信号叠加在4 420mA20mA的模拟信号上。的模拟信号上。第3页/共48页1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议HARTHART协议的优点协议的优点一、一、双向通信双向通信采用模拟量信号只能单向传送信息，要么是从设备到主采用模拟量信号只能单向传送信息，要么是从设备到主机（输入），要么是从主机到设备（输出）。而采用机（输入），要么是从主机到设备（输出）。而采用HARTHART协议可以协议可以双向传送数字信息双向传送数字信息。这突破了以往传统仪表只能从主机接收控制信号的方式这突破了以往传统仪表只能从主机接收控制信号的方式比如比如阀门控制，也可以向主机传
7、递阀门中的信息状态。阀门控制，也可以向主机传递阀门中的信息状态。同样，以往只能把过程变量发送给监控计算机，现在也可以接收同样，以往只能把过程变量发送给监控计算机，现在也可以接收诸如组态设置之类的信息。诸如组态设置之类的信息。第4页/共48页1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议HARTHART协议的优点协议的优点二、二、新类型信息新类型信息传统的模拟量和离散量设备只能以单过程变量方式通信传统的模拟量和离散量设备只能以单过程变量方式通信因而因而很难找到一种简便的方式判定发送的信息是否有效。很难找到一种简便的方式判定发送的信息是否有效。采用采用HARTHART，不但可以获取过
8、程变量，还可以获得其他类型的信息。，不但可以获取过程变量，还可以获得其他类型的信息。每个每个HARTHART设备中包括设备中包括35-4035-40个标准信息项。个标准信息项。比如：比如：设备状态诊断报警设备状态诊断报警过程变量单位过程变量单位回路电流百回路电流百分比范围分比范围生产商设备标签，其他的信息还包括：主机以数字生产商设备标签，其他的信息还包括：主机以数字方式查询方式查询HARTHART设备，并告知设备的设置是否正确，运行是否正常。设备，并告知设备的设置是否正确，运行是否正常。该功能可免除大多数的日常检验工作，并有助于在故障导致重大该功能可免除大多数的日常检验工作，并有助于在故障导致
9、重大问题之前发现过程故障。问题之前发现过程故障。第5页/共48页1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议HARTHART协议的优点协议的优点三、三、多变量仪表多变量仪表数字通信模式下，一对电缆可以处理多个变量。例如，一个变送数字通信模式下，一对电缆可以处理多个变量。例如，一个变送器可以处理多个传感器的输入。在一个报文中能处理器可以处理多个传感器的输入。在一个报文中能处理4 4个过程变量。个过程变量。在任一现场仪表中，在任一现场仪表中，HARTHART协议支持协议支持256256个过程变量。个过程变量。单变量变送器单变量变送器多变量的智能变送器多变量的智能变送器四、四、不受制
10、于供应商不受制于供应商采用采用HARTHART时，用户不会受制于某个特定的供应商或地方时，用户不会受制于某个特定的供应商或地方“标准标准”。这是由于。这是由于HARTHART技术并不属于某一家公司，也不受一个国家或标技术并不属于某一家公司，也不受一个国家或标准实体单位的控制。实际上，该技术由不受约束的非盈利性单位准实体单位的控制。实际上，该技术由不受约束的非盈利性单位HARTHART通信基金会管理。通信基金会管理。第6页/共48页1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议HARTHART协议的优点协议的优点五、五、多渠道供应多渠道供应就过程工业而言就过程工业而言，HARTHA
11、RT是目前世界上广泛采用的协议。可以从不是目前世界上广泛采用的协议。可以从不同供应商那里获取近几百种采用同供应商那里获取近几百种采用HARTHART技术的产品。产品种类的齐技术的产品。产品种类的齐全意味着全意味着HARTHART产品几乎能够满足所有过程应用场合的需要产品几乎能够满足所有过程应用场合的需要并且并且还可以从多个经销商产品中选择最适合的一款。还可以从多个经销商产品中选择最适合的一款。六、六、可互操作性可互操作性完全可互操作性意味着无论是哪个供应商的完全可互操作性意味着无论是哪个供应商的HARTHART兼容产品和主系兼容产品和主系统都可以协同工作。为与统都可以协同工作。为与HARTHA
12、RT设备实现兼容，一些主系统采用统设备实现兼容，一些主系统采用统一表示的指令，更进一步的系统则采用设备描述以理解所有一表示的指令，更进一步的系统则采用设备描述以理解所有HARTHART信息。信息。第7页/共48页1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议HART协议层次结构第8页/共48页1 HART1 HART的基本特点的基本特点HART通信协议HART协议模型右图为右图为HARTHART协议实现的协议实现的概念模型概念模型，它，它只是一个参考模型，而不是实际实现的只是一个参考模型，而不是实际实现的描述。描述。该模型分该模型分5 5个组成部分。其中的两个个组成部分。其中的两
13、个用用户户/协议接口和协议协议接口和协议/物理层接口物理层接口描述了描述了提供给相邻层或被相邻层请求的服务。提供给相邻层或被相邻层请求的服务。其他三部分构成协议本身。其他三部分构成协议本身。接收和发送接收和发送部分描述了部分描述了消息传输和接收的处理消息传输和接收的处理，而，而链路层协议部分通过调用上述部分来实链路层协议部分通过调用上述部分来实现其余协议。现其余协议。第9页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范HART通信协议物理层规定了物理层规定了信号传输方法信号传输方法、信号电平信号电平、设备阻抗设备阻抗和和传输媒体传输媒体。数据链路层与物理层的关系数据链路
14、层与物理层的关系第10页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范HART通信协议基于基于Bell 202Bell 202通信标准的频移键控通信标准的频移键控FSKFSK技术。它在技术。它在420mA420mA的模拟的模拟信号上叠加幅度为信号上叠加幅度为0.5mA0.5mA的正弦电流调制波信号。的正弦电流调制波信号。由于由于正弦信号的平均值为正弦信号的平均值为0 0，所以，所以HARTHART通信协议虽然有通信协议虽然有0.5mA0.5mA信信号调制于号调制于4 420mA20mA信号之上，却不影响信号之上，却不影响4 420mA20mA的平均值。因为的平均值。因为
15、1200Hz 1200Hz 表示逻辑表示逻辑“1 1”,决定了决定了HART HART 的通信传输速率是的通信传输速率是1200bps.1200bps.第11页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范HART通信协议智能设备要检出智能设备要检出HARTHART通信信号，要求它有通信信号，要求它有0.25Vp-p0.25Vp-p（峰（峰-峰峰电压）以上的电平电压）以上的电平,因而二线制智能设备与电源之间至少要有因而二线制智能设备与电源之间至少要有250250以上的电阻以上的电阻,以免这一信号被电源的低内阻所短路。以免这一信号被电源的低内阻所短路。+0.5mA+0.5
16、mA-0.5mA-0.5mA1200Hz“1”1200Hz“1”2200Hz 2200Hz“0”“0”注意注意注意注意第12页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范HART通信协议HARTHART能辨认三种不同设备：能辨认三种不同设备：一、一、从设备从设备：它能对主设备发出的命令做出响应。：它能对主设备发出的命令做出响应。是最普遍最基本的设备，它接受与提供带有测量值或其他是最普遍最基本的设备，它接受与提供带有测量值或其他数据的数字信号。从设备一般为数据的数字信号。从设备一般为常见的现场仪表常见的现场仪表，如压力，如压力传感器、温度传感器、执行器等。但只在被请求时
17、才进行传感器、温度传感器、执行器等。但只在被请求时才进行通信。通信。第13页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范HART通信协议二、二、成组模式设备成组模式设备这种设备无需数据请求即可在固定的时间间隔这种设备无需数据请求即可在固定的时间间隔周期性地发出带有测周期性地发出带有测量值量值或或其他的数据其他的数据的的数字信号数字信号，亦即这类设备通常作为独立的数据，亦即这类设备通常作为独立的数据广播设备。是具有成组通信能力的从设备。广播设备。是具有成组通信能力的从设备。三、三、主设备主设备主设备分：主设备分：基本主设备基本主设备和和副主设备副主设备。主设备主设备负责
18、从设备及成组模式设备的负责从设备及成组模式设备的初始化初始化、数据交换数据交换及及控制功能控制功能。一个过程控制器单元是基本主设备的例子。一个过程控制器单元是基本主设备的例子。副主设备副主设备是链路的临时使用者。是链路的临时使用者。手持通信器（手持通信器（Hand-hold Terminal,HHTHand-hold Terminal,HHT）便是一例。）便是一例。为使两种主设备能同时在通信链路上使用，协议具有对为使两种主设备能同时在通信链路上使用，协议具有对基本主设备基本主设备和副主设备和副主设备进行区分的能力。进行区分的能力。第14页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议
19、物理层技术规范HART通信协议通信介质通信介质1.HART1.HART通讯中可以使用现有的多数电缆，最好采用带屏蔽的直通讯中可以使用现有的多数电缆，最好采用带屏蔽的直径大于径大于0.51mm0.51mm的电缆。的电缆。2.2.通信介质的选择视传输距离长短而定。通常采用双绞同轴电缆通信介质的选择视传输距离长短而定。通常采用双绞同轴电缆作为传输介质时，单台设备使用距离可达作为传输介质时，单台设备使用距离可达30003000米，多站最大传输米，多站最大传输距离可达到距离可达到15001500米米。线路总阻抗应在。线路总阻抗应在23023011001100之间。之间。HARTHART网络硬件分类网络硬
20、件分类1.1.信号发生单元信号发生单元基本主设备、副主设备、现场设备基本主设备、副主设备、现场设备2.2.非信号发生单元非信号发生单元模拟控制器、电缆、网络电源、隔离栅、模拟控制器、电缆、网络电源、隔离栅、接线板等。接线板等。第15页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范HART通信协议HARTHART的网络拓扑结构的网络拓扑结构基本主设备或模拟控制器，信号发生单元可接到网络的任何位置，基本主设备或模拟控制器，信号发生单元可接到网络的任何位置，现场仪表和副主设备并联到线路。现场仪表和副主设备并联到线路。网络至少需要网络至少需要一个基本主设备或模拟控制器和一个现场
21、仪表一个基本主设备或模拟控制器和一个现场仪表。HARTHART通信采用的是半双工的通信方式，可以实现通信采用的是半双工的通信方式，可以实现总线供电方式，频带传输方式总线供电方式，频带传输方式。第16页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范HART通信协议HARTHART数字信号要求数字信号要求HARTHART数据帧是以数据帧是以异步方式异步方式传送传送的串行字节序列。的串行字节序列。数据帧期间，各设备将其信号数据帧期间，各设备将其信号用载波方式发送到传输介质，用载波方式发送到传输介质，采用采用前导信号前导信号进行通讯的进行通讯的同步同步。帧与帧之间是帧与帧之间是
22、默态默态。数据帧由数据帧由前导信号前导信号和和消息消息组成。组成。第17页/共48页2 HART2 HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范HART通信协议 HART HART协议的两种连接方式协议的两种连接方式第18页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议数据链路层：规定了通信数据链路层：规定了通信数据的结构数据的结构，提供了一个可靠的、面向，提供了一个可靠的、面向交互的交互的通信路径通信路径，现场总线设备可以经由该路径，现场总线设备可以经由该路径接收接收或或发送发送数字数字数据。数据。规定了HART帧的格式，实现建立、维护、终结链路通信功
23、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他干扰引起的数据通信出错，实现通信数据无差错传送。第19页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议一、HART协议的两种通信模式 主从模式（master-slave mode）成组模式 (burst mode)二、二、HART协议数据帧的结构 字节格式，字节格式，数据帧格式数据帧格式，差错校验方法差错校验方法三、HART协议提供的服务四、HART协议规范第20页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议一、HART协议的两种
24、通信模式 HARTHART协议的主从通信模式协议的主从通信模式1.1.每次通信都是每次通信都是主设备向从设备发出命令主设备向从设备发出命令，而从设备予以回答。，而从设备予以回答。2.2.对于典型的帧长度和延迟，这种方式对于典型的帧长度和延迟，这种方式每秒钟可以完成两次数每秒钟可以完成两次数 据帧传输据帧传输。3.3.系统允许有两台主设备，并被分为：系统允许有两台主设备，并被分为：基本主设备基本主设备 和副主设备；和副主设备；基本主设备通常是监控基本主设备通常是监控PCPC机或控制室设备机或控制室设备;副主设备通常是手持通信器副主设备通常是手持通信器(HHT)(HHT)。第21页/共48页3 H
25、ART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议一、HART协议的两种通信模式 HARTHART协议的主从通信模式协议的主从通信模式 1.1.从设备可寻址范围是从设备可寻址范围是015015。2.2.在非本安情况下，从设备最多可有在非本安情况下，从设备最多可有1515台。在本安情况下，由台。在本安情况下，由 于线路电流能量限制，从设备最多只能有于线路电流能量限制，从设备最多只能有4 4台。台。3.3.当从设备地址为当从设备地址为0 0时，为点对点模式，时，为点对点模式，HARTHART智能变送器处于智能变送器处于 420mA420mA与数字通信兼容的状态。与数字通信兼容的
26、状态。4.4.当从设备地址为当从设备地址为115115时，为多点或多站模式，时，为多点或多站模式，HARTHART智能变智能变 送器处于全数字通信状态。送器处于全数字通信状态。第22页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议一、HART协议的两种通信模式 HARTHART协议的成组通信模式协议的成组通信模式1.1.无需主设备发出请求，而从设备自动地连续发出数据。无需主设备发出请求，而从设备自动地连续发出数据。2.2.从设备突发模式的启动和终止，由主设备通过命令来控制的。从设备突发模式的启动和终止，由主设备通过命令来控制的。3.3.成组方式的数据帧传
27、输速率较快，可提高到成组方式的数据帧传输速率较快，可提高到每秒每秒3.73.7次次。无论是无论是“点对点点对点”的连接方式的连接方式,还是还是“多点多点”的连接方式，通的连接方式，通常只能有一台现场从设备可以使用常只能有一台现场从设备可以使用成组通信模式成组通信模式。第23页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议二、HART协议数据帧的结构字节字节(byte)(byte)格式格式 1bit 1bit 起始位起始位，8bit 8bit 数据数据，1bit 1bit 奇偶校验位奇偶校验位，1bit 1bit 停止位停止位。现场仪表要执行现场仪表要执行
28、HARTHART指令，操作数必须合乎指定的大指令，操作数必须合乎指定的大小。每个独立的字符包括小。每个独立的字符包括1 1个起始位、个起始位、8 8个数据位、个数据位、1 1个个奇偶校验位和一个停止位。奇偶校验位和一个停止位。数据位的各位与奇偶校验位数据位的各位与奇偶校验位之和为奇数之和为奇数。由于数据的有无和长短并不恒定，所以。由于数据的有无和长短并不恒定，所以HARTHART数据的长度也是不一样的，最长的数据的长度也是不一样的，最长的HARTHART数据段数据段包含包含2525个字节个字节。第24页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议二、H
29、ART协议数据帧的结构在协议涉及的全体设备中，数据都是以帧的形式传输。在协议涉及的全体设备中，数据都是以帧的形式传输。HARTHART协议的帧的内容是协议的帧的内容是用户数据用户数据和和地址信息地址信息的封装的封装,它由它由前导前导符符、定界符定界符、地址符地址符、命令域命令域、数据域和校验和数据域和校验和组成。组成。帧中的所有部分，包括起始定界符，每个字节均跟随奇偶校验帧中的所有部分，包括起始定界符，每个字节均跟随奇偶校验位位,帧末还有帧末还有横向（纵向）奇偶校验横向（纵向）奇偶校验。帧的形式有多种帧的形式有多种:根据发送者的不同分为根据发送者的不同分为:主主-从帧从帧和和从从-主帧主帧.根
30、据通信地址的长度可分为根据通信地址的长度可分为:长型帧长型帧和和短型帧短型帧.第25页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议HART数据帧的格式FFFFFFFF定界符定界符 地址地址命令命令数据数据校验字节校验字节FFFFFFFF定界符定界符 地址地址命令命令数据数据校验字节校验字节响应码响应码主主主主-从帧从帧从帧从帧从从从从-主帧主帧主帧主帧第26页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议二、HART协议数据帧的结构1.1.前导符前导符：2-202-20字节，字节，用于与接收器之间的同步用于与接收
31、器之间的同步。在首次开。在首次开始通信或数据帧重发时，应使用始通信或数据帧重发时，应使用2020字节的前导码。所有由主字节的前导码。所有由主设备、从设备或成组模式设备发送的帧都以一定数目的十六进设备、从设备或成组模式设备发送的帧都以一定数目的十六进制字符制字符FFFF开头，这些字符称为开头，这些字符称为帧的前导信号帧的前导信号。虽然前导信号。虽然前导信号是物理层的要求，但是物理层的要求，但数据链路层提供管理服务以说明和决定所数据链路层提供管理服务以说明和决定所需的前导信号数目需的前导信号数目。FFFFFFFF定界符定界符 地址地址命令命令数据数据校验字节校验字节FFFFFFFF定界符定界符 地
32、址地址命令命令数据数据校验字节校验字节响应码响应码主主主主-从帧从帧从帧从帧从从从从-主帧主帧主帧主帧第27页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议二、HART协议数据帧的结构2.2.定界符定界符：只有：只有1 1字节。此字段的最高位决定该帧是长型帧还是字节。此字段的最高位决定该帧是长型帧还是短型帧；低三位表示了不同的帧的类型，其余位保留。短型帧；低三位表示了不同的帧的类型，其余位保留。短帧：短帧：01H01H，02H02H，06H 06H 长帧：长帧：81H81H，82H82H，86H86H第28页/共48页3.3.地址地址每一个每一个HART
33、HART帧中，都要用到源地址和目的地址。对于帧中，都要用到源地址和目的地址。对于长帧和短帧，地址的格式是长帧和短帧，地址的格式是不同的不同的。长帧格式地址长帧格式地址：共：共个字节个字节（位）。（位）。长帧格式地址建立在设备唯一标长帧格式地址建立在设备唯一标识符的基础上，设备唯一标识符标志了每个从设备或现场仪表。它分为三个部分：识符的基础上，设备唯一标识符标志了每个从设备或现场仪表。它分为三个部分：(1).(1).第一字节的最高位是主设备地址位，该位为时表示第一字节的最高位是主设备地址位，该位为时表示基本主设备基本主设备，为时，为时表示表示副主设备副主设备。(2).(2).第一字节的第六位是第
34、一字节的第六位是成组模式设备成组模式设备，该位为时，表示从设备处于成组模式，该位为时，表示从设备处于成组模式，为时表示从设备没有处于成组模式。为时表示从设备没有处于成组模式。(3).(3).长地址的其他部分是设备的惟一标识符，共长地址的其他部分是设备的惟一标识符，共位。均为位。均为0 0表示广播地址。表示广播地址。字节字节长帧地址字节：字节长帧地址字节：字节长帧地址字节：字节长帧地址字节：字节从设备地址从设备地址从设备地址从设备地址成组模式位成组模式位成组模式位成组模式位主设备地址主设备地址主设备地址主设备地址第29页/共48页3.3.地址地址短帧格式地址：短帧格式地址：只有字节。只有字节。为
35、保证向后兼容性，为保证向后兼容性，ARTART协议规定只有协议规定只有0 0号通用命令支持短帧格式。它使协议号通用命令支持短帧格式。它使协议可动态地将链路上每个设备与一个短帧地址相关联。短帧地址可在链路初始化时可动态地将链路上每个设备与一个短帧地址相关联。短帧地址可在链路初始化时使用，以便快速检测链路地址空间。使用，以便快速检测链路地址空间。短帧地址分四部分短帧地址分四部分:最高位是最高位是主设备地址主设备地址:该位为该位为1 1时表示主设备时表示主设备,为为0 0时表示副主设备；时表示副主设备；第六位为第六位为成组模式设备位成组模式设备位:为为1 1时表示从设备处于成组模式时表示从设备处于成
36、组模式,为为0 0时时,表示从设备没处表示从设备没处于成组模式；于成组模式；第四、五位必须置为第四、五位必须置为0 0；最低四位表示最低四位表示巡检地址。巡检地址。巡检地址巡检地址巡检地址巡检地址设置为设置为设置为设置为成组模式位成组模式位成组模式位成组模式位主设备地址主设备地址主设备地址主设备地址短帧地址字节：字节短帧地址字节：字节短帧地址字节：字节短帧地址字节：字节第30页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议二、HART协议数据帧的结构4.4.命令字节命令字节：为：为1 1字节字节它表明该帧所封装的它表明该帧所封装的HARTHART命令，命
37、令字节值在从设备响应命令，命令字节值在从设备响应中原封不动地返回。中原封不动地返回。5.5.字节计数字节计数：为：为1 1字节字节它表明此字节与最后的帧校验字节之间的它表明此字节与最后的帧校验字节之间的数据字节个数数据字节个数。用于。用于识别帧的结束识别帧的结束。字节长度范围应该是在。字节长度范围应该是在0-270-27。FFFFFFFF定界符定界符 地址地址命令命令数据数据校验字节校验字节FFFFFFFF定界符定界符 地址地址命令命令数据数据校验字节校验字节响应码响应码主主主主-从帧从帧从帧从帧从从从从-主帧主帧主帧主帧第31页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技
38、术规范HART通信协议二、HART协议数据帧的结构6.6.数据域数据域：由整数字节的用户数据构成，：由整数字节的用户数据构成，长度为长度为0-250-25字节字节。在在主主-从帧从帧中，数据域存放用户对设备的请求数据。中，数据域存放用户对设备的请求数据。在在从从-主帧主帧中，数据域存放现场设备响应的请求数据。中，数据域存放现场设备响应的请求数据。FFFFFFFF定界符定界符 地址地址命令命令数据数据校验字节校验字节FFFFFFFF定界符定界符 地址地址命令命令数据数据校验字节校验字节响应码响应码主主主主-从帧从帧从帧从帧从从从从-主帧主帧主帧主帧第32页/共48页3 HART3 HART数据链
39、路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议二、HART协议数据帧的结构7.7.校验字节校验字节：1 1个字节。个字节。校验字节存放了对帧中所有字节（校验字节存放了对帧中所有字节（不包括前导符和该字节不包括前导符和该字节）进）进行行水平校验水平校验的结果。的结果。8.8.响应码响应码：2 2字节字节，只在从，只在从-主帧中出现。主帧中出现。响应码响应码第一字节第一字节指明指明通信状态通信状态。第二字节第二字节表示表示现场设备工作状现场设备工作状态态。该帧数据只有在响应码第一字节的位。该帧数据只有在响应码第一字节的位7 7（b b7 7)为为0 0时才有效。时才有效。FFFFFFFF定界符定界
40、符 地址地址命令命令数据数据校验字节校验字节响应码响应码从从从从-主帧主帧主帧主帧第33页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议HART数据帧的格式：短帧第34页/共48页3 HART3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议HART数据帧的格式：长帧第35页/共48页 3 HART 3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议 差错校验 HART通信的数据差错校验采用垂直水平(纵横)校验法。HART协议在两个方向上对传送信息进行校验：垂直校验值是通信过程中硬件自动对每个字节所有位进行奇偶校验后产生的结果
41、。水平校验值是所有字节依次按位进行异或运算的结果。第36页/共48页4.3 HART4.3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议 差错校验 HART通信的数据差错校验采用水平和垂直（纵横）校验法。即：每个字节有奇偶校验（垂直校验）,一个完整的HART数据还用一个字节进行长度方向的奇偶校验（水平校验）。垂直水平奇偶校验异或校验和异或校验和异或校验和异或校验和奇校验奇校验奇校验奇校验消息字节消息字节消息字节消息字节第37页/共48页4.3 HART4.3 HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范HART通信协议HARTHART数据举例：一对数据举例：一对HARTHART
42、数据数据A A 是主设备向现场智能设备发出的读过程变量的命令。是主设备向现场智能设备发出的读过程变量的命令。FFFFFFFF8282A6A60606BCBC 61614E4E01010000B0B0每个每个每个每个HARTHART的数据格式下图所示的数据格式下图所示的数据格式下图所示的数据格式下图所示前导码前导码SDSDADADCDCDBCBC状态状态 数据数据 ch ch 字节计数字节计数字节计数字节计数HARTHART命令命令命令命令地址地址地址地址帧前定帧前定帧前定帧前定界码界码界码界码变送器和通信情况变送器和通信情况变送器和通信情况变送器和通信情况SDSDADADCDCDBCBC Ch
43、ChA AB B 是现场设备收到信号是现场设备收到信号A A后将过程变量发向主设备。后将过程变量发向主设备。SDSDADADCDCD BCBCChChFFFFFFFF 8686 A6A6 0606 BCBC 6161 4E4E 0101 0707 0000B B0000 0606 4040 B0B00000 0000 4545状态状态状态状态数据数据数据数据第38页/共48页4 HART4 HART命令简介命令简介HART通信协议1.HART1.HART协议应用层是建立在协议应用层是建立在HARTHART命令命令基础上的；基础上的；2.Smart2.Smart从设备根据这些命令可以辨别对方信息
44、的含义。从设备根据这些命令可以辨别对方信息的含义。3.3.这些命令分为三类，这些命令分为三类，通用命令通用命令(Universal commands)(Universal commands)，对应的命令代码范围是对应的命令代码范围是030030；常用命令常用命令(common-practice commands)(common-practice commands),对应的命令代码范围是对应的命令代码范围是32126;32126;专用命令专用命令(Device-Specific commands)(Device-Specific commands),对应的命令代码范围是对应的命令代码范围是128
45、253128253。第39页/共48页4 HART4 HART命令简介命令简介HART通信协议 通用命令第一类命令是通用的，对所有遵守HART协议的Smart设备，不管它是什么公司的产品都应适用。这些命令提供的功能为所有设备所具有。例如读制造厂及产品型号，原始过程变量及单位，读电流输出及百分比输出等等。第40页/共48页4 HART4 HART命令简介命令简介HART通信协议常用命令第二类命令对大多数Smart设备适用，但不要求完全一样。这些命令提供的功能不一定所有设备都具有。它用于常用的操作，如写变量阻尼值、标定、写过程变量单位等等。第41页/共48页4 HART4 HART命令简介命令简介
46、HART通信协议专用命令第三类命令是针对每种具体设备的特殊性而设立的，因而它完全不要求统一。例如SMAR公司的压力变送器LD301具有PID运算功能的有关命令，其它没有这一功能的变送器就不具备。第42页/共48页4 HART4 HART命令简介命令简介HART通信协议 HARTHART三类命令适应等级三类命令适应等级 第43页/共48页5 HART5 HART协议的应用协议的应用HART通信协议 HART通信协议的应用分类 第一类：数字通信与420mA并存；第二类：全数字通信，又分为“点对点”与“多站”结构。第44页/共48页5 HART5 HART协议的应用协议的应用HART通信协议智能变送器模拟使用时与手持编程器智能变送器模拟使用时与手持编程器(HHT)(HHT)通讯通讯4-20mA4-20mA4-20mA4-20mA第45页/共48页5 HART5 HART协议的应用协议的应用HART通信协议安全隔离栅安全隔离栅MTL5043MTL5043的应用的应用第46页/共48页5 HART5 HART协议的应用协议的应用HART通信协议用用PCPC机和机和HARTHART智能变送器构成微型智能变送器构成微型DCSDCS第47页/共48页感谢您的观看！第48页/共48页