工业网络第四章.ppt

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1、第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 工业网络工业网络工业网络工业网络第四章第四章第四章第四章 常见的工业网络技术（常见的工业网络技术（常见的工业网络技术（常见的工业网络技术（5 5）HART HART 协议协议协议协议第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 引引 言言 HART 协议是由协议是由 Rosemount 公司于公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。它包括室设备间通信的一种协

2、议。它包括 ISO/OSI 模型模型的物理层、数据链路层和应用层。的物理层、数据链路层和应用层。HART 通信可以通信可以有点对点或多点连接模式。这种协议是有点对点或多点连接模式。这种协议是可寻址远程可寻址远程传感器高速通道传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力，在智能仪表市场的过渡时期具有较强市场竞争力，在智能仪表市场上占有很大的份额。上占有很大的份额。第

3、四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 第五部分第五部分 HART 协议协议二、二、物理层规范物理层规范三、三、数据数据链路层规范链路层规范四、四、HART 的基本命令的基本命令本本 章章 小小 结结一、一、HART 的基本特点的基本特点特点特点第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 什么是什么是 HART 协议协议（1）w HART 协议（协议（Highway Addressible Remote Transducer）是是 Rosemount 公司于公司于 1986 年提出

4、的一项标准。年提出的一项标准。w 实现实现 420mA 模拟信号与数字通讯兼容的标准，是现场总线的过渡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。性标准。w 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：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：w 1996年，年，HART 协议产品产量为协议产品产量为60万台，万台，Fisher-Rosemount 公司的公司的 25 万台变送器中万台变送器中 HART 协议产品约占协议产品约占 76%。w 专家们预计，专家们预计，HART 在国际上的使用寿命为在国际上的使用寿命为 15 20 年，在国内由年，在国内

5、由 于客观条件所限，这个时间会更长一些。于客观条件所限，这个时间会更长一些。w 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。一块踏脚石。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 什么是什么是 HART 协议协议（2）HART 技术作为一种从模拟信号到全数字信号过渡一技术作为一种从模拟信号到全数字信号过渡一种通讯协议，特别适合于目前企业的技术和设备的改造。未种通讯协议，特别适合于目前企业的技术和设备的改造。未来的技术发展趋势是全数字化的通讯协议，但由于

6、国际上各来的技术发展趋势是全数字化的通讯协议，但由于国际上各大集团对利益分割，无法形成一个统一的数字现场总线的标大集团对利益分割，无法形成一个统一的数字现场总线的标准。而准。而 HART 协议作为目前控制行业事实上的工业标准，协议作为目前控制行业事实上的工业标准，在近一段时间将会继续大量使用。在近一段时间将会继续大量使用。据据 HART 基金会统计，基金会统计，2000 年有年有 75%的智能仪表的智能仪表仍采用仍采用 HART 协议。其估计协议。其估计 HART 技术在过程工业仍将技术在过程工业仍将继续广泛使用至少继续广泛使用至少 1520年。在国内模拟仪表仍大量被使年。在国内模拟仪表仍大量

7、被使用，用，HART 产品还将具有相当长的生命周期，我们将面临产品还将具有相当长的生命周期，我们将面临一个巨大的市场。一个巨大的市场。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 a)420mA标准标准人人机机接接口口微微处处理理器器A/DD/AI/VV/I调节器调节器4 420mA20mA4 420mA20mA4 420mA20mA变送器变送器V/ID/A微微处处理理器器A/D放放大大调调理理传传感感器器模拟仪表模拟仪表与与现场总线现场总线b)现场总线标准现场总线标准人人机机接接口口控制室仪表控制室仪表变送器变送器数字双向传输数字双向传输

8、微微处处理理器器通通讯讯接接口口通通讯讯接接口口微微处处理理器器A/D放放大大调调理理传传感感器器第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 协议协议简介简介（1）HART 协议采用基于协议采用基于 Bell202 标准的标准的 FSK 频移键控信号，在低频的频移键控信号，在低频的 4-20mA 模拟信号上叠模拟信号上叠加幅度为加幅度为 0.5mA 的音频数字信号进行双向数字通的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为讯，数据传输率为1.2Kbps。由于。由于 FSK 信号的平信号的平均值为均值为 0，不影响传送给控制系统模拟

9、信号的大小，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。在保证了与现有模拟系统的兼容性。在 HART 协议通协议通信中主要的变量和控制信息由信中主要的变量和控制信息由 4-20mA 传送，在传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过校准、诊断信息通过 HART 协议访问。协议访问。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 协议协议简介简介（2）第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART

10、 协议协议 HART 的的通信通信 HART 通信采用的是半双工的通信方式，其特点是在现有通信采用的是半双工的通信方式，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。竞争能力，得到了较快发展。HART 规定了一系列命令，按命规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令，第一类称为令方式工作。它有三类命令，第一类称为通用命令通用命令，这是所有设，这是所有设备都理解、都执行的命令；

11、第二类称为备都理解、都执行的命令；第二类称为一般行为命令一般行为命令，所提供的，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现，这类命令包功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现，这类命令包括最常用的的现场设备的功能库；第三类称为括最常用的的现场设备的功能库；第三类称为特殊设备命令特殊设备命令，以，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。备中通常可发现同时存在这三类命

12、令。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 的的设备描述设备描述 HART 采用采用统一的一的设备描述描述语言言 DDL。现场设备开开发商采用商采用这种种标准准语言来描述言来描述设备特性，由特性，由 HART 基金会基金会负责登登记管理管理这些些设备描述并把它描述并把它们编为设备描描述字典，主述字典，主设备运用运用 DDL 技技术来理解来理解这些些设备的特性的特性参数而不必参数而不必为这些些设备开开发专用接口。但由于用接口。但由于这种模种模拟数字混合信号制，数字混合信号制，导致致难以开以开发出一种能出一种能满足各公司要足各公

13、司要求的通信接口芯片。求的通信接口芯片。HART 能利用能利用总线供供电，可，可满足本足本质安全防爆要求，并可安全防爆要求，并可组成由手持成由手持编程器与管理系程器与管理系统主主机作机作为主主设备的双主的双主设备系系统。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 协议层次协议层次第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 数据格式数据格式 HART 协议的数据链路层规定了通信数据的结构：每个字符由协议的数据链路层规定了通信数据的结构：每个字符由 11 位组成，其中

14、包括：位组成，其中包括：1 位位 起始位起始位 8 位位 数据位数据位 1 位位 奇偶校验位奇偶校验位 1 位位 停止位停止位前导码前导码SDADCDBC状态状态数据数据CH帧前定界符帧前定界符地址地址命令命令字节数字节数状态状态数据数据校验字节校验字节第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 的的性能特点性能特点q 模拟信号带有过程控制信息，同时，数字信号允许双向通信。这样就使动态控制回路更灵活、模拟信号带有过程控制信息，同时，数字信号允许双向通信。这样就使动态控制回路更灵活、有效和安全。有效和安全。q 因为因为 HART

15、协议能同时进行模拟和数字通信，因此，在与智能化现场仪表通信时还可使用协议能同时进行模拟和数字通信，因此，在与智能化现场仪表通信时还可使用 模拟表、记录仪及控制器。模拟表、记录仪及控制器。q 既具有常规模拟性能，又具有数字性能，用户在开始时可以将智能化仪表与现有的模拟系统既具有常规模拟性能，又具有数字性能，用户在开始时可以将智能化仪表与现有的模拟系统 一起使用。在不对现场仪表进行改进的情况下逐步实现数字化，包括数字化过程变量。一起使用。在不对现场仪表进行改进的情况下逐步实现数字化，包括数字化过程变量。q 支持多主站数字通信：一根通信线上可同时连接几个智能化仪表，节省了接线费用。支持多主站数字通信

16、：一根通信线上可同时连接几个智能化仪表，节省了接线费用。q 可通过租用电话线连接仪表：多点网络可以延伸到一段很长的距离，这样就可使远方的现场可通过租用电话线连接仪表：多点网络可以延伸到一段很长的距离，这样就可使远方的现场 仪表使用相对便宜的接口设备。仪表使用相对便宜的接口设备。q 允许允许“问答式问答式”及成组通信方式。大多数应用都使用及成组通信方式。大多数应用都使用“问答式问答式”通信方式，而那些要求有较通信方式，而那些要求有较快快 过程数据刷新速率的应用可使用成组通信方式。过程数据刷新速率的应用可使用成组通信方式。q 所有的所有的 HART 仪表都使用一个公用报文结构。允许通信主机，如控制

17、系统或计算机系统与仪表都使用一个公用报文结构。允许通信主机，如控制系统或计算机系统与 所有的与所有的与 HART 兼容的现场仪表以相同的方式通信。兼容的现场仪表以相同的方式通信。q 采用灵活的报文结构。允许增加具有新性能的新颖智能化仪表，而同时又能与现有仪表兼容。采用灵活的报文结构。允许增加具有新性能的新颖智能化仪表，而同时又能与现有仪表兼容。q 在一个报文中能处理在一个报文中能处理 4 4 个过程变量。测量多个数据的仪表可在一个报文中进行一个以上的个过程变量。测量多个数据的仪表可在一个报文中进行一个以上的 过程变量的通信。在任一现场仪表中，过程变量的通信。在任一现场仪表中，HART 协议支持

18、协议支持 256 256 个过程变量。个过程变量。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 第五部分第五部分 HART 协议协议二、二、物理层规范物理层规范三、三、数据数据链路层规范链路层规范四、四、HART 的基本命令的基本命令本本 章章 小小 结结一、一、HART 的基本特点的基本特点物理层物理层第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 协议协议物理物理层层概述概述 HART 协议是用于为过程控制设备提供可寻址远程通信服务的。协议是用于为过程控制设备提供可寻址远程通

19、信服务的。HART 提供相对低的带宽和中等响应时间的通信，用于扩展传统的提供相对低的带宽和中等响应时间的通信，用于扩展传统的 4 20 mA 的模拟传输，其典型应用包括远程过程变量查询、参数设的模拟传输，其典型应用包括远程过程变量查询、参数设定和对话。定和对话。数据链路层说明了基本的数据链路层说明了基本的 HART 协议，而物理层则规定了信号协议，而物理层则规定了信号的传输方式、信号电压、设备阻抗和传输介质等。通常情况下，物理的传输方式、信号电压、设备阻抗和传输介质等。通常情况下，物理层以双绞线为介质，它或是单独提供数字通信，或是在完成层以双绞线为介质，它或是单独提供数字通信，或是在完成 4

20、20 mA 模拟信号传输的同时进行数字通信（模拟信号传输的同时进行数字通信（1500m）。）。HART 数据的传输是传统数据的传输是传统 4 20 mA 模拟信号传输的一种扩模拟信号传输的一种扩展。它在低频的展。它在低频的 4 20 mA 电流上叠加了一高频电流，两种信号共电流上叠加了一高频电流，两种信号共享硬件，但在频率上是分开的。享硬件，但在频率上是分开的。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 协议协议物理物理层层采用采用 Bell202 标准的标准的 FSK 频频移键控技术。移键控技术。实现实现 420mA 模拟信号

21、与数字通信的兼容。模拟信号与数字通信的兼容。设备通信距离设备通信距离 1500 m。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 物理信号物理信号（1）连接回路：连接回路：在连接一个现场装置的回路中电源、变送器和负载电阻在连接一个现场装置的回路中电源、变送器和负载电阻可以任意顺序连接，且可以任意顺序连接，且接地点亦可任意选择。手持终端或主接地点亦可任意选择。手持终端或主站通讯电路不能直接跨接在电源两端，站通讯电路不能直接跨接在电源两端，HART 规范允许负规范允许负载电阻为载电阻为 230 600 欧姆。有些欧姆。有些 HART 装置采用就

22、地电装置采用就地电源提供激励以获得源提供激励以获得 4 20mA 输出和输出和 HART 通信，而不通信，而不是采用上述二线制方案。在多点运行时可以电流回路和激励是采用上述二线制方案。在多点运行时可以电流回路和激励电源共用一对线路，也可以采用三线制，由于三绞电缆不易电源共用一对线路，也可以采用三线制，由于三绞电缆不易得到，所以这种混合系统必须由两对双绞线构成并在负载电得到，所以这种混合系统必须由两对双绞线构成并在负载电阻处连接在一起。阻处连接在一起。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 物理信号物理信号（2）信号衰减与失真信号衰减与

23、失真 65 S 限制：限制：任何网络都含有电阻和电容从而将引起传输信号的衰减任何网络都含有电阻和电容从而将引起传输信号的衰减延迟或相移为确保延迟或相移为确保负载电阻两端的负载电阻两端的 HART 信号可靠的接收信号可靠的接收从现场来的信号衰减不能超过从现场来的信号衰减不能超过 3db 为确保上述条件得到满为确保上述条件得到满足足 HART 规范要求最小截止频率稍高于最高规范要求最小截止频率稍高于最高 HART 信号信号频率由电阻电容组合的频率由电阻电容组合的 RC 时间常数值小于时间常数值小于 65 秒在简单的秒在简单的 HART 系统中电阻是负载电阻与电缆电阻之和电容是电缆系统中电阻是负载电

24、阻与电缆电阻之和电容是电缆电容与所联装置电容之和电缆超过几米后其电阻和电容对电容与所联装置电容之和电缆超过几米后其电阻和电容对RC 时间常数的影响不能忽略。时间常数的影响不能忽略。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 物理信号物理信号（3）电源：电源：用于驱动用于驱动 HART 回路的电源应满足下表要求：回路的电源应满足下表要求：第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 数字信号要求数字信号要求 HART 信号由双绞线的两根导线之间的电压构成，它由主设备产生。信号由双绞线的两

25、根导线之间的电压构成，它由主设备产生。现场仪表的电流信号通过网络电阻转换成电压。现场仪表的电流信号通过网络电阻转换成电压。HART 数据帧是以异步方数据帧是以异步方式来传送的串行字节序列，这是大多数在音频电话线上进行数据传送所采取式来传送的串行字节序列，这是大多数在音频电话线上进行数据传送所采取的方法。在数据帧期间，各设备将其信号用载波方式送上传输介质，帧与帧的方法。在数据帧期间，各设备将其信号用载波方式送上传输介质，帧与帧之间是之间是默态默态（Silence），如图。一个数据帧由前导信号和消息组成。），如图。一个数据帧由前导信号和消息组成。HART 数据采用二值相位连续数据采用二值相位连续式

26、式频移键控频移键控信号以每秒信号以每秒 1200 比特比特的速率传送。一个字节的位序列由的速率传送。一个字节的位序列由 1 个起始位、个起始位、8 个数据位、个数据位、1 个奇偶校个奇偶校验位和验位和 1 个停止位组成，数据位的个停止位组成，数据位的各位与奇偶校验位之和为奇数。各位与奇偶校验位之和为奇数。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 网网 络络 硬硬 件件信号发生单元信号发生单元：（1）基本主设备）基本主设备（2）现场仪表）现场仪表（3）副主设备）副主设备非信号发生单元非信号发生单元：（1）模拟控制器）模拟控制器（2）电缆（

27、通信介质）电缆（通信介质）（3）网络电源）网络电源（4）本质安全隔离栅）本质安全隔离栅（5）接线盒、接线板、连接件）接线盒、接线板、连接件（6）混合硬件（主要指通信器）混合硬件（主要指通信器）HART 能辨认三种不同的设备，能辨认三种不同的设备，其中最基本的是现场设备，它能对主其中最基本的是现场设备，它能对主设备发出的命令作出响应，现场设备设备发出的命令作出响应，现场设备还可进一步分为还可进一步分为从设备从设备及及成组模式设成组模式设备备。第第2种设备是种设备是基本主设备基本主设备，它是，它是与现场设备进行通信的主要设备。一与现场设备进行通信的主要设备。一个过程控制器单元是使用一个或多个个过程

28、控制器单元是使用一个或多个基本主设备的例子。基本主设备的例子。第第3种设备是种设备是副主设备副主设备，它是链，它是链路的临时使用者，如手持通信器。路的临时使用者，如手持通信器。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 基于主基于主 从（从（Master/Slave）协议原理，这意味着只有在）协议原理，这意味着只有在主站呼叫时，现场设备（从站）才传送信息。在一个主站呼叫时，现场设备（从站）才传送信息。在一个 HART 网络中，两个网络中，两个主站（主和副）可以与一个从设备通信。副主站，如手持终端，几乎可以连主站（主和副）可以与一

29、个从设备通信。副主站，如手持终端，几乎可以连接在网络任何地方，不影响主站通信的情况下与任何一个现场设备通信。典接在网络任何地方，不影响主站通信的情况下与任何一个现场设备通信。典型的主站可以是型的主站可以是 DCS、PLC、基于计算机的控制或监测系统。如图是典型、基于计算机的控制或监测系统。如图是典型的两个主站的安装。的两个主站的安装。主主从通信方式从通信方式第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 正常正常 HART 模式模式 HART 协议可以使用不同的模式进行智能现场设备与中央控制或监测协议可以使用不同的模式进行智能现场设备与中央控

30、制或监测设备的信息往返通信。最常用的模式是在传送设备的信息往返通信。最常用的模式是在传送 4 20 mA 模拟信号同时模拟信号同时进行主进行主/从式数字通信，如图。这种模式允许来自从设备的数字信息在主设从式数字通信，如图。这种模式允许来自从设备的数字信息在主设备上每秒更新两次。备上每秒更新两次。4 20 mA 模拟信号是连续的，仍然可以载送控制的模拟信号是连续的，仍然可以载送控制的主要变量。主要变量。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 成组通信模式成组通信模式 “Burst”（成组模式成组模式）是可选的通信模式，如图，允许单一的从

31、站连）是可选的通信模式，如图，允许单一的从站连续的广播一个标准的续的广播一个标准的 HART 响应信息。这种模式将主站从为得到更新的过响应信息。这种模式将主站从为得到更新的过程变量信息而不断对从站发送命令请求的重复中解放出来。程变量信息而不断对从站发送命令请求的重复中解放出来。同样的同样的 HART 响应信息响应信息（PV 或其他）连续的由从站广或其他）连续的由从站广播，直到主站指示其它命令。采播，直到主站指示其它命令。采用用“Burst”（成组模式成组模式）通信）通信模式，依选择的命令不同，数据模式，依选择的命令不同，数据更新为每秒更新为每秒 3 4 次。次。“Burst”通信模式只能使用通

32、信模式只能使用在单个从设备的网络中。在单个从设备的网络中。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 多点通信模式多点通信模式 HART 协议也支持在一个配置为多挂接的网络中在一条线对上连接多协议也支持在一个配置为多挂接的网络中在一条线对上连接多个设备，如图。在多挂接应用中，通信限定于数字主个设备，如图。在多挂接应用中，通信限定于数字主/从方式。流经每一个从方式。流经每一个从设备的电流固定在一个用于驱动该设备的最小值（通常为从设备的电流固定在一个用于驱动该设备的最小值（通常为 4 mA），而），而与过程毫无关系。与过程毫无关系。观察安装可

33、知，与连接传统观察安装可知，与连接传统 4 20 mA 模拟仪表一样的电缆用来载模拟仪表一样的电缆用来载送送 HART 通信信号。所允许的电缆长度依电缆类型和连接的设备数目而不通信信号。所允许的电缆长度依电缆类型和连接的设备数目而不同，通常单芯带屏蔽双绞电缆长度可达同，通常单芯带屏蔽双绞电缆长度可达 3000 m，多芯带屏蔽双绞电缆可，多芯带屏蔽双绞电缆可达达 1500 m。更短的距离可使用非屏蔽电缆。可通过。更短的距离可使用非屏蔽电缆。可通过 HART 信号的本质信号的本质安全栅安全栅/隔离器可以应用在危险场合。隔离器可以应用在危险场合。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络

34、技术 （5 5）HART HART 协议协议 第五部分第五部分 HART 协议协议二、二、物理层规范物理层规范三、三、数据数据链路层规范链路层规范四、四、HART 的基本命令的基本命令本本 章章 小小 结结一、一、HART 的基本特点的基本特点链路层链路层第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 数据链路层数据链路层简介简介q 通信方式通信方式：主从式通信主从式通信由主设备来控制数据帧的传送由主设备来控制数据帧的传送最多最多允许允许 15 个从个从设备连接到一条多点通讯线上设备连接到一条多点通讯线上突发模式突发模式从设备定时重

35、复发送数据帧从设备定时重复发送数据帧半双工通讯方式半双工通讯方式q 寻址范围寻址范围：0 15当地址为当地址为 0 时，处于时，处于 420mADC 与数字通信兼容状态。与数字通信兼容状态。当地址为当地址为 115 时，则处于全数字通信状态。时，则处于全数字通信状态。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 数据帧格式数据帧格式 HART 数据帧通过被称为数据帧通过被称为前导码前导码的字符组合来界定，唯一的字符组合来界定，唯一的帧起始符标识帧的开始，的帧起始符标识帧的开始，长度场长度场决定帧的结束位置。帧中数据决定帧的结束位置

36、。帧中数据的来源及目的地址是由的来源及目的地址是由地址场地址场决定的。协议与用户的接口是命令决定的。协议与用户的接口是命令场（它表明是协议命令还是用户命令）和将协议处理结果传回该场（它表明是协议命令还是用户命令）和将协议处理结果传回该用户的用户的响应场响应场。如果有用户数据，将在。如果有用户数据，将在数据场数据场中传输。中传输。帧中的所有部分，包括起始界定符在内，每个字节均跟随奇帧中的所有部分，包括起始界定符在内，每个字节均跟随奇偶校验位，帧末还有偶校验位，帧末还有横向奇偶校验场横向奇偶校验场。帧中所有场都是整数字节。帧中所有场都是整数字节长，帧中所有字节都在一连续的数据流中传输。长，帧中所有

37、字节都在一连续的数据流中传输。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 前导信号前导信号 所有由主设备、从设备或成组模式设备发送所有由主设备、从设备或成组模式设备发送的帧都以一定数目的十六进制字符的帧都以一定数目的十六进制字符 FF 开头，这开头，这些字符称为帧的前导信号。这些信号在一些物理些字符称为帧的前导信号。这些信号在一些物理层的协议实现中用于对调制解调器电路系统进行层的协议实现中用于对调制解调器电路系统进行预同步。虽然前导信号是物理层的要求，但数据预同步。虽然前导信号是物理层的要求，但数据链路层提供管理服务以说明和决定所需的前导

38、信链路层提供管理服务以说明和决定所需的前导信号数目。号数目。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 寻寻 址址 在每一帧中协议均使用源地址和目的地址。对于从设备，地址是设备的唯一编号。在每一帧中协议均使用源地址和目的地址。对于从设备，地址是设备的唯一编号。地址场由地址场由 5 个字节组成，包含多种标识信息。从通信协议的角度看，标识的本质是不个字节组成，包含多种标识信息。从通信协议的角度看，标识的本质是不重要的，只要对每个从设备是唯一的即可。协议通常使用低重要的，只要对每个从设备是唯一的即可。协议通常使用低38 位对从设备寻址。广播位对

39、从设备寻址。广播地址为地址为38位位0，设备应将具有这种地址的帧看作是直接发给自己的。具有广播地址的，设备应将具有这种地址的帧看作是直接发给自己的。具有广播地址的帧的应用必须通过帧中的其他参数来保证只有一个或没有设备对广播产生应答。帧的应用必须通过帧中的其他参数来保证只有一个或没有设备对广播产生应答。同时，协议动态地将一短型轮询地址与每一从设备在链路上关联起来。轮询地址同时，协议动态地将一短型轮询地址与每一从设备在链路上关联起来。轮询地址用于在链路初始化时快速地扫描地址空间。协议在初始化时应能同正常操作时一样管用于在链路初始化时快速地扫描地址空间。协议在初始化时应能同正常操作时一样管理这些地址

40、，必要时，它也能获得一个与特殊短型地址相关的唯一标识。理这些地址，必要时，它也能获得一个与特殊短型地址相关的唯一标识。采用长帧还是短帧由帧起始字节的首位决定。采用长帧还是短帧由帧起始字节的首位决定。作为数据链路请求源的基本主设备或副主设备由帧中的源地址区分。作为数据链路请求源的基本主设备或副主设备由帧中的源地址区分。成组模式的帧的产生无需主设备的请求，帧的源地址场中为主设备地址，目的地成组模式的帧的产生无需主设备的请求，帧的源地址场中为主设备地址，目的地址场中为成组模式设备地址。成组模式帧是通过帧起始字符唯一编码来辩识的。址场中为成组模式设备地址。成组模式帧是通过帧起始字符唯一编码来辩识的。第

41、四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 垂直奇偶校验垂直奇偶校验 垂直奇偶校验垂直奇偶校验是一种二维的奇偶校验，它既对单个字节中的每一位是一种二维的奇偶校验，它既对单个字节中的每一位进行校验，又对报文传输中每一位的位置进行校验，如图。所传输的信进行校验，又对报文传输中每一位的位置进行校验，如图。所传输的信息中的字节按行排列，第一字节在第一行。依次类推。粗竖线将奇偶校息中的字节按行排列，第一字节在第一行。依次类推。粗竖线将奇偶校验位验位B8（由硬件自动产生）与字节分开，该位在接收端也由硬件自动（由硬件自动产生）与字节分开，该位在接收端也由

42、硬件自动校验，这就构成了纵向奇偶校验，这就构成了纵向奇偶校验。在传输时，对各字节校验。在传输时，对各字节进行异或运算，最后结果即进行异或运算，最后结果即为垂直奇偶校验码，亦被作为垂直奇偶校验码，亦被作为一个字节传输，而且硬件为一个字节传输，而且硬件也对其进行校验，粗线下面也对其进行校验，粗线下面为垂直校验码。为垂直校验码。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 主设备到从设备的数据帧主设备到从设备的数据帧 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制所有由主设备、从设备或成组模式设备发送的帧都以一定数目的十六进制字

43、符字符 FF 开头，这些字符称为帧的前导信号。这些信号在一些物理层的协议实开头，这些字符称为帧的前导信号。这些信号在一些物理层的协议实现中用于对调制解调器电路系统进行预同步。虽然前导信号是物理层的要求，现中用于对调制解调器电路系统进行预同步。虽然前导信号是物理层的要求，但数据链路层提供管理服务以说明和决定所需的前导信号数目。但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。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 从设备到主设备的数据帧从设备到主设备的数据帧 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制所有由主

44、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字符 FF 开头，这些字符称为帧的前导信号。这些信号在一些物理层的协议实开头，这些字符称为帧的前导信号。这些信号在一些物理层的协议实现中用于对调制解调器电路系统进行预同步。虽然前导信号是物理层的要求，现中用于对调制解调器电路系统进行预同步。虽然前导信号是物理层的要求，但数据链路层提供管理服务以说明和决定所需的前导信号数目。但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。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 成组模式设备到主设备的帧成组模式设备到主设备的帧 所有由主设

45、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制字符字符 FF 开头，这些字符称为帧的前导信号。这些信号在一些物理层的协议实开头，这些字符称为帧的前导信号。这些信号在一些物理层的协议实现中用于对调制解调器电路系统进行预同步。虽然前导信号是物理层的要求，现中用于对调制解调器电路系统进行预同步。虽然前导信号是物理层的要求，但数据链路层提供管理服务以说明和决定所需的前导信号数目。但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。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议

46、 HART 协议提供协议提供的的服务服务HART 协议提供的服务有：协议提供的服务有：q 可靠的同级实体间的处理服务，这种服务不提可靠的同级实体间的处理服务，这种服务不提 供重检测。供重检测。q 可选择的、可靠的用于同级实体之间的服务，可选择的、可靠的用于同级实体之间的服务，并提供并提供“点到点点到点”的分段处理及重检测。的分段处理及重检测。q 用于设备识别及组态的管理服务。用于设备识别及组态的管理服务。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 协议规范协议规范 HART 介质访问协议只允许一个激活状态的主设介质访问协议只允许

47、一个激活状态的主设备、一个激活状态的副主设备和一个激活状态的成组备、一个激活状态的副主设备和一个激活状态的成组模式设备共存，不支持一个以上的任何一种设备同时模式设备共存，不支持一个以上的任何一种设备同时激活。激活。协议通常给两种主设备提供相同的优先级，允许协议通常给两种主设备提供相同的优先级，允许它们在链路上交替通信。协议也可以通过对两种主设它们在链路上交替通信。协议也可以通过对两种主设备在发生不可仲裁的同时进行访问时，给予不同的优备在发生不可仲裁的同时进行访问时，给予不同的优先级来防止通信链路的死锁。仲裁机制是基于隐含令先级来防止通信链路的死锁。仲裁机制是基于隐含令牌的简单规则。牌的简单规则

48、。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 第五部分第五部分 HART 协议协议二、二、物理层规范物理层规范三、三、数据数据链路层规范链路层规范四、四、HART 的基本命令的基本命令本本 章章 小小 结结一、一、HART 的基本特点的基本特点基本命令基本命令第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 通讯基于命通讯基于命令，也就是说主站发布令，也就是说主站发布命令，从站作出响应。命令，从站作出响应。对对 HART 兼容的现场仪兼容的现场仪表，三种类型的命令提表，三种类型的

49、命令提供读供读/写等信息访问功能写等信息访问功能（见图）。通用和普通（见图）。通用和普通操作命令在操作命令在 HART 协议协议规范中定义。第三类，规范中定义。第三类，设备特殊命令，则对设设备特殊命令，则对设备中的专门参数或特定备中的专门参数或特定设备的唯一功能进行自设备的唯一功能进行自由定义。由定义。HART 的的基本命令基本命令第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 的的通用命令通用命令 对所有对所有符合符合 HART 协议协议的现场设备都适用的命令。的现场设备都适用的命令。包括以下内容：包括以下内容：q 读变送器的量程

50、、单位以及阻尼时间常数；读变送器的量程、单位以及阻尼时间常数；q 读出传感器串联数目及其限制；读出传感器串联数目及其限制；q 写入轮询地址；写入轮询地址；q 读出制造厂及产品型号；读出制造厂及产品型号；q 读出主变量及单位；读出主变量及单位；q 读出电流的输出及百分比输出；读出电流的输出及百分比输出；q 读写读写 8 个字符的标牌号，个字符的标牌号，16 个字符个字符的描述内的描述内 容以及日期等。容以及日期等。第四章第四章 常见的工业控制网络技术常见的工业控制网络技术 （5 5）HART HART 协议协议 HART 的的普通应用命令普通应用命令 适用于大部分适用于大部分符合符合 HART