基于HART協(xié)議的智能透明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

工控機(jī)、PC機(jī)目前無直接接入總線的接口，本串行口智能適配器是面向工業(yè)過程控制行業(yè)，工作在應(yīng)用層，應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)RS-232與符合HART協(xié)議總線接口有關(guān)設(shè)備間全透明數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換的設(shè)備，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、精確度高、抗干擾能力強(qiáng)、低工耗特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)用戶自編程序的自動(dòng)控制功能。

HART協(xié)議適配器要完成的工作是把傳送過來的HART信號(hào)通過適配器直接轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)輸出。適配器的轉(zhuǎn)換是基于Bell202國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，完全適用于標(biāo)準(zhǔn)HART協(xié)議傳輸，采用全透明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而不改變?nèi)魏螖?shù)據(jù)量，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性。

機(jī)殼采用工程塑料，重量輕，結(jié)構(gòu)合理、DIN裝卸或面板安裝，適應(yīng)在各種惡劣工業(yè)環(huán)境下工作。

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HART協(xié)議適配器的連接非常簡(jiǎn)單，只需連接好HART儀表、串口、電源就可以了。

以下分別介紹有關(guān)適配器外部接口及有關(guān)的連接方法。

LED指示燈包括POWER、TXD、RXD。通過這些指示燈可以監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)適配器的工作狀態(tài)。

①POWER指示燈：外接電源（見第⑤項(xiàng)）后，紅色指示燈常亮，如果不亮，檢查電源。
②RXD指示燈：通過串口接收數(shù)據(jù)時(shí)，該指示燈閃爍。
③RS-232：HART協(xié)議適配器串口采用標(biāo)準(zhǔn)串口通訊協(xié)議(三線制DB9插頭的2、3、5)，適配器可以通過它直接與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、全透明通訊。
④TXD指示燈：通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該指示燈閃爍。
⑤對(duì)于二線制、工作電源DC+24V儀表，與儀表、電源的連接，端子如上圖所示四根線，適配器外加DC+24V工作電源，此時(shí)儀表不得再加工作電源；若儀表本身已接有工作電源，此時(shí)HART轉(zhuǎn)RS-232轉(zhuǎn)換器+24V接線端子懸空，不接任何電源，但GND接線端子需要與所連接的HART現(xiàn)場(chǎng)儀表的GND共線連接，從端子上看，此時(shí)接線有三根線。

基于HART適配器網(wǎng)絡(luò)介紹

適配器與HART儀表之間的連接均為串行聯(lián)接，每個(gè)HART儀表只能有一條途徑與適配器相連（網(wǎng)絡(luò)中不能有環(huán)路）。

HART儀表可以放在網(wǎng)絡(luò)中的任何位置，在網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)，HART儀表可以移走或更換，在連接或者斷開時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)通訊的短暫中斷。在網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)必須避免通訊電纜間的兩根導(dǎo)線的短路。

分離的HART網(wǎng)絡(luò)可以共用多對(duì)電纜，如果多對(duì)電纜中有一對(duì)用作HART網(wǎng)絡(luò)，那么電纜中的其它對(duì)電纜線必須處于下列狀態(tài)：

1.未用
2.用作其他的HART網(wǎng)絡(luò)
3.用作4~20mA的電流環(huán)，且電流的變化要遵守等效的HART儀表的限制

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆娎|長(zhǎng)度要求

采用單對(duì)屏蔽雙絞線電纜傳輸介質(zhì)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的電纜長(zhǎng)度最大不要超過3000m。

采用多臺(tái)設(shè)備互連時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中屏蔽雙絞線電纜長(zhǎng)度最大不要超過1500m。

HART協(xié)議簡(jiǎn)介

HART協(xié)議最初是由美國(guó)Rosemount公司開發(fā)，已應(yīng)用了多年。HART協(xié)議使用FSK技術(shù)，在4~20mA信號(hào)過程量上疊加一個(gè)頻率信號(hào)，成功地把模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)雙向同時(shí)通訊，而不互相干擾。HART協(xié)議參照了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開放性互連模型，使用OSI標(biāo)準(zhǔn)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。這里只作簡(jiǎn)單的介紹，協(xié)議的具體內(nèi)容請(qǐng)參閱相關(guān)的資料。

物理層

物理層規(guī)定了信號(hào)的傳輸方法、傳輸介質(zhì)。采用Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4～20mA模擬信號(hào)上疊 加一個(gè)頻率數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通信。數(shù)字信號(hào)的幅度為±0 . 5 m A ，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。

數(shù)據(jù)鏈路層

HART基于主/從協(xié)議原理，這意味著只有在主站呼叫時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備才傳送信息。在一個(gè)HART網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)主站(主和副)可以與一個(gè)從設(shè)備通訊。副主站，如手持終端

數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定HART協(xié)議幀的格式，可尋址范圍0～15，“0”時(shí)，處于4～20mA及數(shù)字信號(hào)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，現(xiàn)場(chǎng)儀表與兩個(gè)數(shù)字通信主設(shè)備（也稱作通信設(shè)備或主設(shè)備）之間采用特定的串行通信，主設(shè)備包括PC機(jī)或控制室系統(tǒng)和手持通信器。單站操作中，主變量（過程變量）可以以模擬形式輸出，也可以以數(shù)字通信方式讀出，以數(shù)字方式讀出時(shí)，輪詢地址始終為0。也就是說，單站模式時(shí)數(shù)字信號(hào)和4～20mA模擬信號(hào)同時(shí)有效。

“1～15”處于全數(shù)字通信狀態(tài)，工作在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式，通信模式有“問答”式、“突發(fā)”式。按問答方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為2～3次／s，按突發(fā)方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為3～4次／s。在本質(zhì)安全要求下，只使用一個(gè)電源，至多能連接15臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可有256個(gè)變量，每個(gè)信息最大可包含4個(gè)變量。這就是所謂的多點(diǎn)（多站）操作模式。這種工作方式尤其適用于遠(yuǎn)程監(jiān)控，如管道系統(tǒng)和油罐儲(chǔ)存場(chǎng)地。