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基于HART协议的智能透明数据转换器
来源:本站整理  作者:佚名  2009-06-15 11:10:44



 概述

        工控机、PC机目前无直接接入总线的接口,本串行口智能适配器是面向工业过程控制行业,工作在应用层,应用于标准RS-232与符合HART协议总线接口有关设备间全透明数据传输转换的设备,具有实时数据转换、精确度高、抗干扰能力强、低工耗特点,能实现用户自编程序的自动控制功能。

        HART协议适配器要完成的工作是把传送过来的HART信号通过适配器直接转换为串口信号输出。适配器的转换是基于Bell202国际标准,完全适用于标准HART协议传输,采用全透明数据转换而不改变任何数据量,确保了数据的准确性、可靠性。

        机壳采用工程塑料,重量轻,结构合理、DIN装卸或面板安装,适应在各种恶劣工业环境下工作。

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bsp;    基于HART协议智能适配器使用介绍

        HART协议适配器的连接非常简单,只需连接好HART仪表、串口、电源就可以了。

        以下分别介绍有关适配器外部接口及有关的连接方法。

        LED指示灯包括POWER、TXD、RXD。通过这些指示灯可以监控和发现适配器的工作状态。

①POWER指示灯:外接电源(见第⑤项)后,红色指示灯常亮,如果不亮,检查电源。
②RXD指示灯:通过串口接收数据时,该指示灯闪烁。
③RS-232:HART协议适配器串口采用标准串口通讯协议(三线制DB9插头的2、3、5),适配器可以通过它直接与上位机连接,实现数据实时、全透明通讯。
④TXD指示灯:通过串口发送数据时,该指示灯闪烁。
⑤对于二线制、工作电源DC+24V仪表,与仪表、电源的连接,端子如上图所示四根线,适配器外加DC+24V工作电源,此时仪表不得再加工作电源;若仪表本身已接有工作电源,此时HART转RS-232转换器+24V接线端子悬空,不接任何电源,但GND接线端子需要与所连接的HART现场仪表的GND共线连接,从端子上看,此时接线有三根线。

        基于HART适配器网络介绍

        适配器与HART仪表之间的连接均为串行联接,每个HART仪表只能有一条途径与适配器相连(网络中不能有环路)。

        HART仪表可以放在网络中的任何位置,在网络工作时,HART仪表可以移走或更换,在连接或者断开时,可能会出现通讯的短暂中断。在网络工作时必须避免通讯电缆间的两根导线的短路。

        分离的HART网络可以共用多对电缆,如果多对电缆中有一对用作HART网络,那么电缆中的其它对电缆线必须处于下列状态:

1.未用
2.用作其他的HART网络
3.用作4~20mA的电流环,且电流的变化要遵守等效的HART仪表的限制

        网络拓扑电缆长度要求

        采用单对屏蔽双绞线电缆传输介质时,网络中的电缆长度最大不要超过3000m。

        采用多台设备互连时,网络中屏蔽双绞线电缆长度最大不要超过1500m。

        HART协议简介

        HART协议最初是由美国Rosemount公司开发,已应用了多年。HART协议使用FSK技术,在4~20mA信号过程量上叠加一个频率信号,成功地把模拟信号和数字信号双向同时通讯,而不互相干扰。HART协议参照了国际标准化组织的开放性互连模型,使用OSI标准的物理层、数据链路层、应用层。这里只作简单的介绍,协议的具体内容请参阅相关的资料。

        物理层

        物理层规定了信号的传输方法、传输介质。采用Bell202标准的FSK频移键控信号,在低频的4~20mA模拟信号上叠 加一个频率数字信号进行双向数字通信。数字信号的幅度为±0 . 5 m A ,数据传输率为1200bps,1200Hz代表逻辑“1”,2200Hz代表逻辑“0”。

        数据链路层

        HART基于主/从协议原理,这意味着只有在主站呼叫时,现场设备才传送信息。在一个HART网络中,两个主站(主和副)可以与一个从设备通讯。副主站,如手持终端

,几乎可以连接在网络任何地方,不影响主站通讯的情况下与任何一个现场设备通讯。典型的主站可以是DCS、PLC和基于计算机的控制或监测系统。

        数据链路层规定HART协议帧的格式,可寻址范围0~15,“0”时,处于4~20mA及数字信号点对点模式,现场仪表与两个数字通信主设备(也称作通信设备或主设备)之间采用特定的串行通信,主设备包括PC机或控制室系统和手持通信器。单站操作中,主变量(过程变量)可以以模拟形式输出,也可以以数字通信方式读出,以数字方式读出时,轮询地址始终为0。也就是说,单站模式时数字信号和4~20mA模拟信号同时有效。

        “1~15”处于全数字通信状态,工作在点对多点模式,通信模式有“问答”式、“突发”式。按问答方式工作时的数据更新速率为2~3次/s,按突发方式工作时的数据更新速率为3~4次/s。在本质安全要求下,只使用一个电源,至多能连接15台现场仪表,每个现场设备可有256个变量,每个信息最大可包含4个变量。这就是所谓的多点(多站)操作模式。这种工作方式尤其适用于远程监控,如管道系统和油罐储存场地。

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