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HART智能仪表系统在采油平台上的应用

www.cechina.cn2010.01.22阅读 14012

        过程工业的现场设备向数字化、网络化的变迁是过程控制领域的必然趋势。现场总线技术具有节约布线费用、操作灵活、可实现网络管理、可实现互操作等优点,因此它已成为公认的过程控制的发展方向。但是现场总线控制系统在功能上还不能完全取代已经发展得比较完善的DCS。在这种情况下www.cechina.cnHART协议作为一种兼容原有4mA-20 mA模拟信号的数字通讯方式产生了。HART是可寻址远程传感器高速通道开放通讯协议,它是Highway Addressable Remote Transducer的缩写。最早由Rosemount公司于1986年开发并得到多家著名仪表公司的支持,在1993年成立了HART通信基金会HCF(HARTCommunication Foundation)。这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议,其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品。HART协议目前已被认为是事实上的工业标准,但是,它仅仅是一个过渡性协议,还不是现场总线。
        1 HART协议基本原理
        1.1 HART协议网络结构[1]
        HART协议参考ISO/OSI(开放系统互连模型),采用了它的简化三层模型结构,即第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层(如图1所示)。

1 HART协议网络结构

        物理层规定信号的传输方法、传输介质。
        HART协议在4mA~20mA的模拟信号上迭加了一个基于Bell202标准的FSK(Frequency ShiftKey.ing)频移键控音频数字信号。是国际标准的半双工电流信号和数字通信方式。1200Hz代表逻辑“0”、2200Hz代表逻辑“1”;信号的传输速率为1200位/s;信号的幅值为0.5mA (如图2所示)。由于FSK信号的平均值为0www.cechina.cn,所以不影响传送给控制系统的模拟信号的直流分量大小。只要用低通滤波器滤去数字信号,模拟信号可以正常工作。保证了模拟信号与数字信号的兼容性。(如图3所示)。HART通讯介质采用普通的双绞线就可以,线路总阻抗应在230Ω-1100Ω之间。

  HART协议

  HART协议


        1.1.2数据链路层
        数据链路层规定了数据帧格式和数据通信规程。数据帧的格式如图4所示,最长为25个字节。HART协议是主,从控通信协议,系统允许有2个主设备,最多15个从设备。其中,主设备向从设备发送的数据为请求帧;而从设备向主设备发送的数据为响应帧。响应帧只比请求帧多了响应码,而响应码表示出错状态。若为0,表示回答数据正确。否则回答出错。
        每个字节由11位组成,其中包括一个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和1个停止位。
        1.1.3 应用层
        应用层提供了256个HART通信协议命令。命令分为3类。第1类为通用命令,适用于所有符合HAR1协议的产品www.cechina.cn,如读主变量的值和单位等。第2类为普通应用命令控制工程网版权所有,适用于大部分HART产品控制工程网版权所有,但不同的产品会有区别,如写主变量。第3类为特殊命,是各个厂家所特有的命令,不互相通用。
        1.2 HART协议仪表系统的功能[2]
        每一个HART仪表的数字信号中平均能提供35—40项信息。
        1.2.1便于仪表和控制回路的调试
        HAR
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