具有HART通信功能的智能涡街流量计设计

　　0　前　言

　　现场总线技术和智能化仪表技术是目前自动检测与控制行业发展最快的两大技术。现场总线是一种用于各种现场仪表(变送器、执行器、记录仪、单回路调节器、可编程控制器、分析仪表等)与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。现场总线型的仪表主要具有以下优点:首先,它具有一种全数字化、高性能、两线制、多支路通信规程的通信功能,支持多变量两线制通信,它与控制系统之间数据信息的传送是双向的,所以控制可以在控制室进行,也可以在现场进行;其次,现场总线型仪表的应用,可大大节省I/O装置及装置室的空间,且提高了测量精度及节省大量费用。由美国Rosemount公司首先推出的HART(High addressable remote transducer)协议,是一个4~20mA模拟信号与数字通信技术兼容的过渡性标准。由于HART协议具有诸多的优点,它已成为全球应用最为广泛的现场通信协议。1994年,HART变送器占世界智能变送器市场的76%,已成为事实上的工业标准。我国也已开始了对HART变送器的开发。

　　1　HART协议简介

　　许多年以来,过程控制设备的现场通信标准是毫安级的模拟电流信号,4~20mA的电流信号与过程控制变量成正比。HART通信协议扩展了4~20mA的标准,增强了与智能化仪表的通信能力。HART协议参考了国际标准化组织(ISO)提出的OSI(Open System Interconnection)模型,OSI模型提供了通信系统所必需的结构和要素,而HART协议模型是一个简化了的OSI模型,它应用了其中的三层制定而成:物理层,数据链路层,应用层。如图1所示。

　　第一层:物理层

　　HART协议参用Bell202频移键控技术标准,将数字通信信号叠加到4~20mA电流上。如图2所示。

　　图2中信号幅值0.5mA,有两个信号频率,一个是1200Hz,代表逻辑“1”,另一个2200Hz,代表逻辑“0”。在整个通信过程中,既有模拟信号(4 ~20mA),又有数字信号(1200Hz和2200Hz),由于在同一个信号周期内,通信信号的平均值为0,从而不4~20mA的模拟信号产生影响。HART通信数据传输率为1200波特。当用于短距离时,使用非屏蔽两芯电缆即可;当用于更长的距离时(1.5km以下),使用屏蔽双绞线电缆。超过这个范围且距离在3km以下时,使用屏蔽双绞线电缆,然而必须保证通信的阻抗在230Ω~1100Ω之间。

　　第二层:数据链路层

　　规定了HART协议提供的数据帧格式和数据通信规程。HART设备所使用的帧格式,如图3所示。

　　HART帧传送时,采用横向的奇偶检验和纵向的异或检验相结合,同时信息帧也提供了多站和网络连接时的必要寻址,具体见参考文献[1~3]。