HART通讯协定

HART通讯协定(HART Communication Protocol)是一种混合类比数位的自动化开放型协定。HART的全名是Highway Addressable Remote Transducer(高速可寻址远程传感器),最大的特色及优点是可以在传统的4–20 mA类比仪表电流环上通讯,可以在纯类比的主站系统中共用线路。HART常用在程序及仪表系统中,有小型的自动化设备,也有高度复杂的工业应用。

HART
管理机构FieldComm Group
通讯协定资料
网络种类设备(程序自动化)
物理介质4–20 mA类比仪表配线,或是2.4 GHz无线通讯
网络拓扑点对点、多站架构(multidrop)、无线网格
最大设备数多站时可到15个
最高通讯速度依使用的物理介质而定
设备定址方式硬件/软件

依照Emerson的资料[1],由于世界上有大量的系统装设了4–20 mA的线路,HART通讯协定是现今最受欢迎的几种通讯协定之一。若使用者想使用传统的4–20 mA,但希望有较智慧的通讯协定,HART通讯协定是很好的传换用通讯协定。

此通讯协定是由Rosemount Inc.英语Rosemount Inc.所发展,一开始是Bell 202英语Bell 202 modem的早通讯标准,在1980年代中期发展,要做为其智慧现场仪器的数位通讯协定。之后就演进为HART,而且成为开源标准。此后有许多不同版本的规格,通讯协定的能力也日渐强化。

HART通讯协定使用频率偏移调变(FSK)的调变方式,在电流信号上面加上+/- 0.5 mA的信号,1用1200 Hz的频率表示,0用2200 Hz的频率表示。

模式

 
感测及控制用电流环的例子,HART通讯协定可以在4–20 mA电流环线路上运作

HART通讯协定的主要运作模式有二种:点对点(类比/数位)模式,以及多站(multidrop)模式

点对点

在点对点模式中,数位信号是加在4–20 mA的回路电流上。不论对控制器、量测仪器以及终端控制元件而言,4–20 mA的电流类比信号以及数位信号都是可用的信号。

设备的轮询位址会设为0。每一个设备缆线信号对上面只能有一个仪器。有一个讯号(多半是使用者指定)会是4–20 mA信号。另一个信号是在4–20 mA上的数位信号。例如压力可以用4–20 mA来传输,表示某一范围的压力,而温度可用同一组线上的数位信号来传输。在点对点模式中,HART通讯协定的数位部分可以视为是数位电流环界面英语digital current loop interface

多站

在多站(multi-drop)模式下,电流环固定为4 mA,允许同一组电流环上有多个设备。

HART第三版至第五版允许的轮询位址是1至15,HART第六版的位圵是1到63,HART第七版的位圵是0至63。每一个设备需要有独立不重复的位址。

封包结构

请求的HART封包有以下的结构:

名称 字节个数 说明
位址 1–5 标示从站、主站以及Burst Mode
扩充 0–3 扩充栏位的长度0–3字节,长度由Delimiter(启始定界符)决定
指令 1 要执行指令的编号
资料字节数 1 表示资料栏位的长度
资料 0–255 和指令有关的资料。若是BACK及ACK,至少要有二个字节的资料。-
校验和 1 启始字节开始到最后一个字节,XOR而得的总和

前置符号

目前所有较新的设备都会有五个前置符号(Preamble),若是更长,会降低通讯的速度,不过主站需要相容较早期,数量更多的前置符号。主站连接新的设备时,一开始要用最长(29个)的前置符号,若设备己决定使用的前置符号个数,就切换为设备指定的符号。

前置符号是"ff" "ff" "ff" "ff" "ff"(五个ff)。

启始定界符

此字节会包括主站编号,以及启始使用的封包。

位圵

在其中一种HART架构中是用来标示信号的目的位址。最早的位址架构只能用四个位元标示目的位址,因此包括主站在内,只能有十六个设备。

新的架构用38个位元来标示目的位址,可以用Command 0或Command 11询问设备的位址。

指令

是一个字节的数值,表示要执行的指令编号。 Command 0或Command 11可以用来询问设备的位址。

资料字节数

标示资料的长度。

状态

主站没有状态栏位,从站有二个字节的状态栏位。 从站可以用状态栏位告知主站,从站的工作是否已完成,以及其健康状态。

资料

资料所在的栏位依执行的指令而不同。

校验和

校验和是由从启始字节开始,到资料栏位最后一个字节,所有资料XOR而得。

参考资料

外部链接