基于HART協(xié)議的智能透明數據轉換器

工控機、PC機目前無(wú)直接接入總線(xiàn)的接口，本串行口智能適配器是面向工業(yè)過(guò)程控制行業(yè)，工作在應用層，應用于標準RS-232與符合HART協(xié)議總線(xiàn)接口有關(guān)設備間全透明數據傳輸轉換的設備，具有實(shí)時(shí)數據轉換、精確度高、抗干擾能力強、低工耗特點(diǎn)，能實(shí)現用戶(hù)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(guò)來(lái)的HART信號通過(guò)適配器直接轉換為串口信號輸出。適配器的轉換是基于Bell202國際標準，完全適用于標準HART協(xié)議傳輸，采用全透明數據轉換而不改變任何數據量，確保了數據的準確性、可靠性。

機殼采用工程塑料，重量輕，結構合理、DIN裝卸或面板安裝，適應在各種惡劣工業(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(guò)這些指示燈可以監控和發(fā)現適配器的工作狀態(tài)。

①POWER指示燈：外接電源（見(jiàn)第⑤項）后，紅色指示燈常亮，如果不亮，檢查電源。
②RXD指示燈：通過(guò)串口接收數據時(shí)，該指示燈閃爍。
③RS-232：HART協(xié)議適配器串口采用標準串口通訊協(xié)議(三線(xiàn)制DB9插頭的2、3、5)，適配器可以通過(guò)它直接與上位機連接，實(shí)現數據實(shí)時(shí)、全透明通訊。
④TXD指示燈：通過(guò)串口發(fā)送數據時(shí)，該指示燈閃爍。
⑤對于二線(xiàn)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(xiàn)，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RS-232轉換器+24V接線(xiàn)端子懸空，不接任何電源，但GND接線(xiàn)端子需要與所連接的HART現場(chǎng)儀表的GND共線(xiàn)連接，從端子上看，此時(shí)接線(xiàn)有三根線(xiàn)。

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(kāi)時(shí)，可能會(huì )出現通訊的短暫中斷。在網(wǎng)絡(luò )工作時(shí)必須避免通訊電纜間的兩根導線(xiàn)的短路。

分離的HART網(wǎng)絡(luò )可以共用多對電纜，如果多對電纜中有一對用作HART網(wǎng)絡(luò )，那么電纜中的其它對電纜線(xiàn)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 )拓撲電纜長(cháng)度要求

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

采用多臺設備互連時(shí)，網(wǎng)絡(luò )中屏蔽雙絞線(xiàn)電纜長(cháng)度最大不要超過(guò)1500m。

HART協(xié)議簡(jiǎn)介

HART協(xié)議最初是由美國Rosemount公司開(kāi)發(fā)，已應用了多年。HART協(xié)議使用FSK技術(shù)，在4~20mA信號過(guò)程量上疊加一個(gè)頻率信號，成功地把模擬信號和數字信號雙向同時(shí)通訊，而不互相干擾。HART協(xié)議參照了國際標準化組織的開(kāi)放性互連模型，使用OSI標準的物理層、數據鏈路層、應用層。這里只作簡(jiǎn)單的介紹，協(xié)議的具體內容請參閱相關(guān)的資料。

物理層

物理層規定了信號的傳輸方法、傳輸介質(zhì)。采用Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20mA模擬信號上疊 加一個(gè)頻率數字信號進(jìn)行雙向數字通信。數字信號的幅度為±0 . 5 m A ，數據傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。

數據鏈路層

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

數據鏈路層規定HART協(xié)議幀的格式，可尋址范圍0～15，“0”時(shí)，處于4～20mA及數字信號點(diǎn)對點(diǎn)模式，現場(chǎng)儀表與兩個(gè)數字通信主設備（也稱(chēng)作通信設備或主設備）之間采用特定的串行通信，主設備包括PC機或控制室系統和手持通信器。單站操作中，主變量（過(guò)程變量）可以以模擬形式輸出，也可以以數字通信方式讀出，以數字方式讀出時(shí)，輪詢(xún)地址始終為0。也就是說(shuō)，單站模式時(shí)數字信號和4～20mA模擬信號同時(shí)有效。

“1～15”處于全數字通信狀態(tài)，工作在點(diǎn)對多點(diǎn)模式，通信模式有“問(wèn)答”式、“突發(fā)”式。按問(wèn)答方式工作時(shí)的數據更新速率為2～3次／s，按突發(fā)方式工作時(shí)的數據更新速率為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臺現場(chǎng)儀表，每個(gè)現場(chǎng)設備可有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程監控，如管道系統和油罐儲存場(chǎng)地。