HART通信协议V1.7(C9-C33-C132).doc
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1、HART通信协议VER 1.6一概述 HART(Highway Addressable Remote Transducer)协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号,在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯,数据传输率为1200bps。由于FSK信号的平均值为0,不影响传送给控制系统模拟信号的大小,保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传送,在需要的情况下,另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。在应用层,HART规定了一系列命令,按命令方式工作。它有三类命令,第一类称为
2、通用命令,这是所有设备都理解、执行的命令;第二类称为普通应用命令,所提供的功能可以在许多现场设备(尽管不是全部)中实现;第三类称为设备专用命令,以便于工作在某些设备中实现特殊功能,这类命令既可以在基金会中开放使用,又可以为开发此命令的公司所独有。二含义1、 主机(Master):分为第一主机和第二主机,它能连接在HART网络上,发出命令与从机通讯;2、 从机(Field Device):连接在过程控制现场中,具有测量、计算多种变量功能,并能与主机进行HART通讯的设备;3、 长帧(Long Frame):地址Address由5字节组成的HART数据帧,所有的HART命令都支持长帧数据帧。长帧地
3、址各字节含义如下图所示:制造商ID号(Manufacturer ID)由HART基金会分配;在生产中,同类型设备序列号唯一,并且永不重复。广播地址使用长帧结构,低38 BIT全为0。厂商指定的设备类型(Decive Type)与制造商ID满足下表要求;4、 短帧(Short Frame):地址Address由1字节组成的HART数据帧,短帧只有通用命令Command 0能够使用,短帧字节含义如下:所有的HART从机都支持长、短帧。5、 请求帧(STX):由主机(如手抄器)向从机(现场设备)发出请求数据命令;6、 应答帧(ACK):从机回复给主机的数据;7、 前导符(Preamble):发起命令
4、(数据)传输的设备在传输数据帧前发送的0xFF字符,发送该字符的数量一般为520个,该数量可以通过命令来改变;前导符的使用是为了使数据接收端在硬件电路上产生CD载波检测信号,以实现数据通讯的同步。8、 定界符(Delimiter):表示数据帧传输的开始,指明数据的传输方向、物理层类型,同时它也指定了数据帧的帧类型(长、短帧),其含义内容如下: 定界符Delimiter字节含义9、 地址(Address):由定界符Delimiter指定为短帧(1字节)或长帧(5字节)两种类型,长、短帧释义如前述;10、 扩展字节(Expansion Bytes):本公司目前的HART协议版本保留,为0;11、
5、命令(Command):功能码,指明一个数据帧的具体实现功能,命令有通用命令、 普通应用命令、设备专用命令三大类;12、 数据字节数(Bytes Count):指实际的数据Data的数量;13、 数据(Data):设置或读取指定从机的参数数据(通信的最终结果);14、 校验字节(Check Byte):从定界符(Delimiter)到数据(Data)的所有字节的异或值,即纵向校验。三HART通讯规范1、 通信帧格式:由前导符和数据帧构成,各数据域释义如上 通信帧格式2、 通讯速率:1200Bps;3、 通讯信号:Bell202标准的FSK频移键控信号,1200Hz代表数字1,2200Hz代表数
6、字0;4、 数据格式(11位):1位起始位、8位数据位、1位停止位、1位校验位,字节奇(Odd)校验;5、 应答数据帧的数据个数(Bytes Count)至少为2字节,这两个字节分别为响应码(Response Code)和设备状态码(Field Device Status);6、 响应码格式:从机回复给主机的命令执行情况代码,当通讯出错时,响应吗最高位bit7=1,这时设备状态码无实际意义;当bit7=0时,表示通讯正常,余下6 bits表示命令执行情况的响应。7、 通讯正常时响应码(bit7=0,低6 bits):* 具体含义因不同命令而定,可查看相关的HART命令资料。响应代码响应码含义响
7、应代码响应码含义0x00执行成功0x02错误的命令0x03设置参数太大0x04设置参数太少0x05接收的数据太少0x06专用命令错0x07处于写保护模式0x081、更新失败2、设置为接近值3、延时响应0x091、低限范围值太大2、不正确的电流模式0x0a1、低限范围值太小2、无效的就地锁定0x0b1、上限范围值太大2、多从机模式3、无效设备变量代码4、调整超范围5、不能就地锁定0x0c1、上限范围值太小2、无效单位代码3、无效的模式选择4、无效的插槽号0x0d1、上、下限范围值超标2、计算错误3、无效的命令号0x0e1、量程太小2、设置的下限值引起上限值改变而超出传感器极限0x0f无效的模拟通
8、道号0x10访问受限0x11无效的设备变量索引0x12无效的单位代码0x13设备变量的应用不合理0x14无效的扩展命令号0x1c不支持的单位代码0x20忙0x21延迟响应开始0x22延迟响应进行中0x40命令不能执行8、 通讯出错时响应代码(bit7=1)含义如下:响应代码通讯出错含义0xc0接收字节字节奇校验出错0xa0接收缓冲区数据覆盖错0x90没有接收到停止位出错0x88校验字节出错0x82接收缓冲区溢出9、 设备状态码:含义如下响应代码设备状态含义0x80设备故障0x40配置参数改变0x20设备冷启动0x08环路电流固定模式0x04环路电流饱和0x02设备变量(没有映射到主变量)超限0
9、x01主变量超出极限10、 数据类型:HART通讯协议支持以下类型的数据:字符串Str、日期Date、单或双精度浮点数Float、无符号整型数Unsigned、有符号整型数Signed、联合体Enum或位Bit。数据传输顺序:MSB至LSB。1)字符串:字符串支持标准的拉丁字母Latin和封装格式Packed的ASCII码,拉丁字符每个字母占1个字节;封装格式的ASCII码每字母占1个字节的6位,因此,每4个字母封装在3个字节中,在使用过程中需要打包和解包操作。2)浮点数:满足IEEE754标准要求,单精度浮点数用4个字节表示,双精度浮点数用8个字节表示。不可识别的浮点数用0x7f、0xa0、
10、0x00、0x00表示。11、 设备变量状态(Device Variable Status):所有需要周期处理的数据(如设备变量和动态变量)都包含一个设备变量状态字节,其内容定义如下:默认0xc0 设备变量状态字节含义四HART应用命令命令有通用命令、 普通应用命令、设备专用命令三大类,通用命令是所有的HART现场设备都必须响应的命令;普通应用命令只被设备部分应用;设备专用命令是生产商根据需要制定的命令。(一)通用命令1. Command 0:读唯一标识1)短帧请求帧STX:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte
11、0x020x00|00xxxxxxNULL00NULLXOR响应帧ACK:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x060x00|00xxxxxxNULL019状态+数据XOR异常响应0x060x00|00xxxxxxNULL02状态XOR注:状态=通讯状态+设备状态,其含义如前述,以下不再赘述。2)长帧请求帧STX:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL00NULLXOR响应帧
12、ACK:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL021状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL02状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Unsigned8254统一固定值N1-2Enum未定产品设备类型ID,由厂商定义,HCF 登记N3Unsigned85主设备到从设备的最少同步前导码数量N4Unsigned80x07通用命令版本号,版本7N5Unsigned80x01设备版本水平N6Unsigned80x01设
13、备软件版本(254和255保留)N7Unsigned5Enum0x01高5位表示硬件版本号(31保留)低3位表示物理信号为Bell202 电流信号N8Bits0x08保留N9-11Unsigned24设备ID ,同种类型设备的序列号N12Unsigned85从设备到主设备的最少同步前导码数量N13Unsigned80x01最大设备变量数,主设备希望能读取的设备变量的个数。N14-15Unsigned16配置改变记数器N16Bits00x010x02扩展设备状态。0 设备正常0x01 设备没有故障但需要维护0x02 设备变量报警状态N17-18Enum未定制造商ID,由HCF分配N2. Comm
14、and 1:读主变量请求帧STX:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL10x00NULLXOR响应帧ACK:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL17状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL12状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Enum对应的变量单位,见附表1单位代码N1-4Fl
15、oat单精度浮点数表示主变量的值N3. Command 2:读环路电流和量程百分比请求帧STX:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL20NULLXOR响应帧ACK:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL210状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL22状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可
16、更改0-3Float单精度浮点数表示环路电流值mAN4-7Float单精度浮点数表示主变量占量程的百分比N4. Command 3:读动态变量和环路电流注:本公司压力变送器只有1个动态变量,即主变量请求帧STX:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL30NULLXOR响应帧ACK:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL311状态+数据
17、XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL32状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-3Float单精度浮点数表示主变量对应环路电流值mAN4Enum动态变量单位N5-8Float单精度浮点数表示动态变量的值N5. Command 6:设置轮询地址请求帧STX:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL62数据XOR请求帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Unsigned8Polling Addr设置的轮询地址 (015)Y1Enum
18、0、10=环路电流禁止;1=环路电流允许Y响应帧ACK:DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL64状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL62状态 XOR 正常响应帧数据内容同请求帧注:现场设备在制造时就设置轮询地址为0,并且环路电流被允许,这是为了保证HART现场设备能够接到一个只有模拟信号的现场装置。当轮询地址设置为0时,从设备必须同时工作在环路电流模式(一对一),电流和基本变量值相关联;当轮询地址设置其它值时,从设备必须同时
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