HART協(xié)議的應用層次分析
HART協(xié)議其實是一種計算機網(wǎng)絡應用方面的協(xié)議。在理解上,我們并非嚴格規(guī)定它的種類界限。隨著網(wǎng)絡的不斷強化和發(fā)展,工業(yè)化,醫(yī)用化等等方面都已經(jīng)和網(wǎng)絡融合在一起,尤其是協(xié)議。HART(Highway Addressable Remote Transducer),可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議,是美國Rosemen公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備之間的通信協(xié)議。
HART裝置提供具有相對低的帶寬,適度響應時間的通信,經(jīng)過10多年的發(fā)展,HART技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟,并已成為全球智能儀表的工業(yè)標準。HART協(xié)議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號,在低頻的 4mA~20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊,數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0,不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小,保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。
在HART協(xié)議通信中,主要的變量和控制信息由4mA~20mA傳送,在需要的情況下,另外的測量、過程參數(shù)、設備組態(tài)、校準、診斷信息通過HART協(xié)議訪問。
HART通信采用的是半雙工的通信方式。HART協(xié)議參考 ISO/OSI(開放系統(tǒng)互連模型),采用了它的簡化三層模型結(jié)構(gòu),即第一層物理層,第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應用層。
第一層:
物理層。規(guī)定了信號的傳輸方法、傳輸介質(zhì),為了實現(xiàn)模擬通信和數(shù)字通信同時進行而又互不干擾,HART協(xié)議采用頻移鍵控技術(shù) FSK,即在4mA~20mA模擬信號上迭加一個頻率信號,頻率信號采用 Be11202國際標準,數(shù)字信號的傳送波特率設定為 1200bps,1200Hz代表邏輯“0”,2200Hz代表邏輯“1”,信號幅值0.5A。
通信介質(zhì)的選擇視傳輸距離長短而定。通常采用雙絞同軸電纜作為傳輸介質(zhì)時,最大傳輸距離可達到1500m。線路總阻抗應在230Ω~1100Ω。
第二層:
數(shù)據(jù)鏈路層。規(guī)定了HART幀的格式,實現(xiàn)建立、維護、終結(jié)鏈路通訊功能。HART協(xié)議根據(jù)冗余檢錯碼信息,采用自動重復請求發(fā)送機制,消除由于線路噪音或其他干擾引起的數(shù)據(jù)通訊出錯,實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)無差錯傳送。
現(xiàn)場儀表要執(zhí)行HART指令,操作數(shù)必須合乎指定的大小。每個獨立的字符包括1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個奇偶校驗位和一個停止位。由于數(shù)據(jù)的有無和長短并不恒定,所以HART數(shù)據(jù)的長度也是不一樣的,最長的HART數(shù)據(jù)包含25個字節(jié)。
第三層:
應用層。為HART命令集,用于實現(xiàn) HART指令。命令分為三類,即通用命令、普通命令和專用命令。