HART協(xié)議的應(yīng)用設(shè)計(jì)淺析
對于HART協(xié)議,我們在前面的文章中已經(jīng)有所了解了。它是一種通信為主體的,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議。在一些工業(yè)方面應(yīng)用的很廣泛。尤其是在總線方面,也有著廣闊的市場。那么現(xiàn)在我們就來簡單闡述一下基于HART協(xié)議的智能變送器設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。
現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)前自動檢測技術(shù)的熱點(diǎn)之一。從現(xiàn)場總線技術(shù)形成來看,它是控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果;而智能儀表則為現(xiàn)場總線的出現(xiàn)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。自1983年Honeywell推出智能儀表--Smar變送器之后,世界各廠家都相繼推出各有特色的智能儀表。為解決開放性資源的共享問題,從用戶到廠商都強(qiáng)烈要求形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)現(xiàn)場總線技術(shù)的形成。目前,幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)有:基金會現(xiàn)場總線、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART,除HART外,均為全數(shù)字化現(xiàn)場總線協(xié)議。
全數(shù)字化意味著將取消傳統(tǒng)的模擬信號的傳送方式,而要求每一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備都具有智能及數(shù)字通信能力,使得操作人員或其他設(shè)備(傳感器、執(zhí)行器等)向現(xiàn)場發(fā)送指令(如設(shè)定值、量程、報(bào)警值等),同時(shí)也能實(shí)時(shí)地得到現(xiàn)場設(shè)備各方面的情況(如測量值、環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況及設(shè)備校準(zhǔn)、自診斷情況、報(bào)警信息、故障數(shù)據(jù)等)。此外,原來由主控制器完成的控制運(yùn)算也分散到了各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備上,大大提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性?,F(xiàn)場總線技術(shù)關(guān)鍵之處在于系統(tǒng)的開放性,強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識與遵從,打破了傳統(tǒng)生產(chǎn)廠家各自獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)的局面,保證了來自不同廠家的產(chǎn)品可以集成到同一個(gè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)中,并且可以通過網(wǎng)關(guān)與其他系統(tǒng)共享資源。
目前,一方面現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)正處在完善和發(fā)展階段,另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的基于4~20mA的模擬設(shè)備還在廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制信各個(gè)領(lǐng)域。因此,馬上全數(shù)字化是不現(xiàn)實(shí)的。為滿足從模擬到全數(shù)字的過渡,HART協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。HART采用頻移鍵控(FSK)技術(shù)。它基于Bell202通信標(biāo)準(zhǔn),在4~20mA模擬信號上疊加不同的頻率信號(2200Hz表示"0",1200Hz表示"1")來傳送數(shù)字信號。HART協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps(位/秒)。HART現(xiàn)場總線(簡稱HF)系統(tǒng)采用主從工作方式:主機(jī)為1臺IBM-PC機(jī);從機(jī)為1臺或多臺遵守HART協(xié)議的HF智能變送器。
當(dāng)從機(jī)只有1臺HF智能變送器,即智能變送器工作在點(diǎn)-點(diǎn)方式下時(shí),可繼續(xù)使用傳統(tǒng)的4~20mA信號進(jìn)行模擬傳輸,而測量、調(diào)整和測試數(shù)據(jù)用數(shù)字方式傳輸;當(dāng)從機(jī)為多臺HF智能變送器時(shí),即智能變送器工作在多站方式下時(shí),4~20mA信號作廢,每臺變送器工作電流為4mA左右。所有測量,調(diào)整和測試數(shù)據(jù)均用數(shù)字方式傳輸。由于每臺HF變送器有惟一的編號,所以主機(jī)能對每一臺變送器進(jìn)行操作。HART提供設(shè)備描述語言(DDL),以確?;ゲ僮餍浴?yīng)該指出,HART被認(rèn)為是事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),但它本身并不算現(xiàn)場總線(模擬和數(shù)字的混合),只能說是現(xiàn)場總線的雛形,是一種過渡協(xié)議。由于4~20mA模擬信號標(biāo)準(zhǔn)將在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)存在,所以研究HART協(xié)議仍具有重要意義。