1.HART協(xié)議要點(diǎn)回顧

HART協(xié)議是眾多適用于流程工業(yè)的現(xiàn)場總線之一，物理層有RS-485、FSK（移頻鍵控）、PSK（相移鍵控）、IEEE 802.15.4(工業(yè)無線)、IEEE 802.3（以太網(wǎng)）、IR（紅外）。其中以兼容4～20mA的FSK物理層應(yīng)用最為廣泛?；赗S-485、FSK、PSK、IR物理層的主站，執(zhí)行簡易令牌機(jī)制的鏈路層，主站與從站之間是應(yīng)答式的鏈路層。基于IEEE 802.15.4物理層的WirelessHART執(zhí)行TDMA（時(shí)分多址訪問）鏈路層。基于IEEE 802.3物理層的HART IP執(zhí)行以太網(wǎng)的載波偵聽/沖突避免鏈路層。

HART協(xié)議應(yīng)用層以必須支持的通用命令、可選的常用命令、自定義的特殊命令為基礎(chǔ)，傳遞數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息。目前，要求設(shè)備制造商必須提供基于電子設(shè)備描述文件的現(xiàn)場設(shè)備集成（FDI）文件包，用于HART主控系統(tǒng)或其它主控設(shè)備的集成應(yīng)用。設(shè)備DTM是設(shè)備制造商可選擇提供的，在個(gè)別主控系統(tǒng)中是必須提供的設(shè)備類型管理器，用于設(shè)備的集成應(yīng)用、高級診斷、資產(chǎn)管理。

HART協(xié)議數(shù)據(jù)通信以主站請求、從站回復(fù)為主要方式，為提高傳送效率、節(jié)省主站請求環(huán)節(jié)、降低節(jié)點(diǎn)功耗等，對于固定格式的數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息規(guī)定了從站主動發(fā)起的、傳送數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息的方式，即突發(fā)（Burst）模式。

2.突發(fā)（Burst）工作模式

為了支持?jǐn)?shù)據(jù)與診斷信息從現(xiàn)場設(shè)備到主控設(shè)備的定期傳輸，HART協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層定義了一種操作模式。在這種工作模式下，現(xiàn)場設(shè)備可以定期的 將信息廣播到通信鏈路上。當(dāng)一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備在不需要主控設(shè)備連續(xù)輪詢的情況下，同步循環(huán)廣播數(shù)據(jù)與診斷信息時(shí)，它被稱為處于突發(fā)（burst）模式。在有線HART通信鏈路上，無論有多少臺現(xiàn)場設(shè)備，只允許一臺現(xiàn)場設(shè)備處于突發(fā)（burst）工作模式。WirelessHART現(xiàn)場設(shè)備都處于突發(fā)（burst）工作模式，但在時(shí)分多址（TDMA）通信鏈路層的同一時(shí)隙、同一信道，只有一臺現(xiàn)場設(shè)備處于發(fā)送狀態(tài)。

突發(fā)（Burst）模式設(shè)備的英文描述是“Burst-Mode Device”。這是一種定期提供過程數(shù)據(jù)與診斷信息的數(shù)字響應(yīng)設(shè)備，它是獨(dú)立的廣播設(shè)備，它的工作模式是由主站設(shè)備配置的。

3.突發(fā)（Burst）工作模式的組態(tài)內(nèi)容

突發(fā)（Burst）工作模式支持使用“突發(fā)”消息周期性發(fā)布過程數(shù)據(jù)。在此模式下，現(xiàn)場設(shè)備被指示連續(xù)發(fā)布過程數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息，而不需要主站任何進(jìn)一步的操作。主站通過以下命令對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行該工作模式的組態(tài)。

l 命令103 寫入突發(fā)周期；

l 命令104 寫入突發(fā)觸發(fā)模式；

l 命令105 讀取突發(fā)模式配置；

l 命令107 寫入突發(fā)設(shè)備變量；

l 命令108 寫入突發(fā)模式命令編號；

l 命令109 突發(fā)模式控制；

此外，有兩條命令是專門為I/O系統(tǒng)和WirelessHART適配器設(shè)計(jì)的：

l 命令101 讀取子設(shè)備以突發(fā)消息；

l 命令102 將子設(shè)備映射到突發(fā)消息。

此外，實(shí)現(xiàn)突發(fā)模式的設(shè)備必須組態(tài)至少3個(gè)突發(fā)消息。每個(gè)突發(fā)消息必須允許不同的配置。每個(gè)突發(fā)消息可以是不同的命令、觸發(fā)條件、更新周期、設(shè)備變量集等。

3.1 組態(tài)突發(fā)（Burst）周期：

主站通過103號常用命令對設(shè)備的突發(fā)（Burst）周期進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)最短突發(fā)周期與最長突發(fā)周期。其中，最短突發(fā)周期的極限值在不同的物理層有不同要求，見下表。

Minimum Update Rates Allowed by Physical Layer(in Seconds)

最長突發(fā)周期不得超過3600秒，可在下表中不短于最短突發(fā)周期的選項(xiàng)中選擇。

Update Periods Allowed(in Seconds)

只要滿足命令104中的觸發(fā)條件，設(shè)備就必須以最短突發(fā)周期發(fā)布Burst信息。當(dāng)不滿足命令104中配置的觸發(fā)條件時(shí)，現(xiàn)場設(shè)備必須以最長突發(fā)周期發(fā)布Burst信息。

3.2 組態(tài)Burst觸發(fā)模式：

主站通過104號常用命令對設(shè)備的Burst觸發(fā)模式進(jìn)行組態(tài)，觸發(fā)模式分為以下5種：

l 連續(xù)觸發(fā)模式（Continuous）：不斷的突發(fā)消息以最短突發(fā)周期連續(xù)發(fā)布。

l 窗口觸發(fā)模式（Window）：當(dāng)源值偏離并超過指定的窗口值時(shí)，以最短突發(fā)周期發(fā)消息。

l 上升觸發(fā)模式（Rising）：當(dāng)源值上升到指定的觸發(fā)值以上時(shí)，以最短突發(fā)周期發(fā)消息。

l 下降觸發(fā)模式（Falling）：當(dāng)源值低于指定的觸發(fā)值時(shí)，以最短突發(fā)周期發(fā)消息。

l 改變觸發(fā)模式（On-Change）：當(dāng)消息中的任何值發(fā)生變化時(shí)，以最短突發(fā)周期發(fā)消息。

對于I/O系統(tǒng)，當(dāng)突發(fā)消息源自子設(shè)備時(shí)，如果子設(shè)備中的工程單位發(fā)生變化，則突發(fā)消息必須以命令103中指定最短突發(fā)周期發(fā)布。

3.2.1. 窗口觸發(fā)模式（Window）

窗口是圍繞上一次發(fā)送值的對稱窗口。當(dāng)源值的偏離不大于窗口時(shí)，以“最大更新周期”發(fā)送下一次Burst信息。當(dāng)源值偏離并超過指定的窗口時(shí)，以最短突發(fā)周期發(fā)送下一次Burst信息。下圖演示了window模式。

3.2.2. 上升觸發(fā)模式（Rising）

當(dāng)源值不超過指定的觸發(fā)值（Trigger Level）時(shí)，以“最大更新周期”發(fā)送下一次Burst信息。一旦超過Trigger Level，更新時(shí)間就會改變。只要源值保持在觸發(fā)級別之上，burst消息將以更新周期所指示的速率發(fā)布。如果該值低于觸發(fā)值，則更新時(shí)間將下降到最大更新周期。

3.2.3. 下降觸發(fā)模式（Falling）

當(dāng)源值低于指定的觸發(fā)值時(shí)觸發(fā)burst消息。burst消息將以更新周期所指示的速率發(fā)布，否則更新時(shí)間將下降到最大更新周期。

3.2.4. 發(fā)生變化觸發(fā)模式（On-Change）

當(dāng)突發(fā)消息中的任何值發(fā)生變化時(shí)觸發(fā)burst消息，burst消息將以更新周期所指示的速率發(fā)布，否則更新時(shí)間將下降到最大更新周期。

3.3 組態(tài)Burst設(shè)備變量：

主站通過107號常用命令對設(shè)備的Burst設(shè)備變量進(jìn)行組態(tài)。設(shè)備變量被使用在burst命令9或命令33中來完成數(shù)據(jù)的上傳。主機(jī)總是在請求中發(fā)送9個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)來設(shè)置設(shè)備變量值。未使用的插槽將被設(shè)置為250 -“未使用”。命令33只接受最多4個(gè)插槽(即插槽0-3)，其他應(yīng)該由主機(jī)設(shè)置為250 -“未使用”。在任何一種情況下，現(xiàn)場設(shè)備在發(fā)布命令33時(shí)都將忽略槽位4-7的設(shè)置。

最后一個(gè)字節(jié)表示該命令適用于哪條burst消息。

3.4 組態(tài)Burst設(shè)備命令號：

主站通過108號常用命令對設(shè)備的Burst命令號進(jìn)行組態(tài)，即選擇設(shè)備在突發(fā)模式下發(fā)送該命令號的響應(yīng)消息。命令1、2、3、9、38和48應(yīng)在所有burst模式的設(shè)備中得到支持，如果命令33已在現(xiàn)場設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，則必須添加到burst模式的命令號中。

如果觸發(fā)模式不是“連續(xù)”，并且觸發(fā)源的設(shè)備變量分類與新命令編號不匹配，則將接受新命令編號，并且響應(yīng)代碼“警告-突發(fā)觸發(fā)模式已自動更改為連續(xù)觸發(fā)”。設(shè)備必須校正分類、單位代碼，重置為“連續(xù)”（觸發(fā)模式0），并在更新周期連續(xù)發(fā)布，直到接收到另一個(gè)104命令。

3.5 組態(tài)Burst模式

主站通過109號常用命令對設(shè)備的Burst模式進(jìn)行組態(tài)。命令用于在設(shè)備的令牌傳遞或TDMA數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)入和退出突發(fā)模式。發(fā)布的響應(yīng)數(shù)據(jù)字節(jié)應(yīng)符合使用命令108寫入突發(fā)模式命令號和命令107寫入突發(fā)設(shè)備變量指定的字節(jié)。

延遲響應(yīng)機(jī)制的響應(yīng)代碼只能在啟用在TDMA數(shù)據(jù)鏈路上發(fā)布時(shí)使用。如果設(shè)備無法獲得任何帶寬來處理新啟用的突發(fā)消息，則必須返回“無可用帶寬”；如果設(shè)備能夠獲得比請求更少的帶寬，則必須返回“更新周期增加”。當(dāng)關(guān)閉突發(fā)模式時(shí)，不允許延遲響應(yīng)。

當(dāng)不包括突發(fā)消息編號時(shí)，設(shè)備必須假設(shè)突發(fā)消息0正在激活或停用，以便在令牌傳遞數(shù)據(jù)鏈路上發(fā)布。（當(dāng)接收到單個(gè)請求字節(jié)時(shí)，只有突發(fā)模式控制碼0和1有效）。

l 失能Burst功能只有一種模式，即（Off）關(guān)閉模式；（控制碼0）

l 使能Burst功能共有四種模式。

1) 物理層僅為FSK、PSK或RS-485時(shí)，選擇（Enable Burst on Token-Passing Data Link Layer only）（控制碼1）

2) 物理層僅為IEEE STD 802.15.4-2006（即支持WirelessHART通信協(xié)議）選擇（Enable Burst on TDMA Data-Link Layer only）（控制碼2）

3) 當(dāng)同時(shí)兼?zhèn)渖鲜?、2模式時(shí)，選擇（Enable Burst on TDMA and Token Passing Data Link Layers）（控制碼3）

4) 當(dāng)支持HART-IP時(shí)，選擇（Enable Burst on HART-IP connection）（控制碼4）

4.Burst模式設(shè)備狀態(tài)機(jī)：

名詞解釋：

l BACK（Burst Acknowledge）：在沒有相應(yīng)的主設(shè)備請求(即沒有STX)的情況下發(fā)送給主設(shè)備的從設(shè)備響應(yīng)。

l BT（Burst Timer）：由burst模式設(shè)備用于觸發(fā)BACK的傳輸。當(dāng)BT失效（即達(dá)到0）時(shí)，發(fā)送BACK。

l RT1（Link Quiet Time）：發(fā)現(xiàn)鏈路上有正在進(jìn)行的通信，進(jìn)行退避的延時(shí)時(shí)間。

l RT2（Link Grant Time）：當(dāng)不確定鏈路上是否存在通信時(shí)，需要設(shè)置此時(shí)間長度，用來檢測潛在的通信，若此時(shí)間內(nèi)未檢測到通信，準(zhǔn)備開始傳輸數(shù)據(jù)。

l STO（Slave Time-Out）：從機(jī)超時(shí)，這是從設(shè)備開始傳輸后所允許的最長時(shí)間。

4.1 接收狀態(tài)機(jī)邏輯介紹：

突發(fā)（Burst）模式設(shè)備狀態(tài)機(jī)在等待狀態(tài)時(shí)，若收到主設(shè)備發(fā)來使能突發(fā)（Burst）模式的指令時(shí)，可將BT值設(shè)置為0。即準(zhǔn)備立即發(fā)送BACK。

突發(fā)（Burst）模式設(shè)備狀態(tài)機(jī)在等待狀態(tài)時(shí)，收到主設(shè)備發(fā)給其他從設(shè)備的請求，需要將BT值設(shè)置為與主設(shè)備相同的RT1值，在不同的物理層上，此時(shí)間設(shè)置的數(shù)值是不同的。物理層為FSK時(shí)，為33個(gè)字符時(shí)間。物理層為RS-485時(shí)，1200bps時(shí)為33個(gè)字符時(shí)間，大于1200bps時(shí)，為32ms+6個(gè)字符時(shí)間。物理層為PSK時(shí)，為42ms。在紅外物理層上時(shí)，為261ms。

突發(fā)（Burst）模式設(shè)備狀態(tài)機(jī)在等待狀態(tài)時(shí)，收到主設(shè)備發(fā)來的請求，需要將BT時(shí)間設(shè)置為0，并設(shè)置響應(yīng)超時(shí)時(shí)間STO。在不同的物理層上，STO值設(shè)置的時(shí)長不同。物理層為FSK時(shí)，為28個(gè)字符時(shí)間。物理層為RS-485時(shí)，1200bps時(shí)為28個(gè)字符時(shí)間，大于1200bps時(shí)，為32ms。物理層為PSK時(shí)，為32ms。在紅外物理層上時(shí)，為30ms。狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換至過程處理態(tài)，解析請求準(zhǔn)備響應(yīng)?；貜?fù)正確的響應(yīng)后、或者通信錯(cuò)誤以及回復(fù)響應(yīng)超時(shí)都將再返回到等待態(tài)。

突發(fā)（Burst）t模式設(shè)備狀態(tài)機(jī)在等待狀態(tài)時(shí)，當(dāng)收到的數(shù)據(jù)類型為ACK時(shí)，BT值設(shè)置為0，需設(shè)置發(fā)送超時(shí)時(shí)間(STO)。

突發(fā)（Burst）模式設(shè)備狀態(tài)機(jī)在等待狀態(tài)時(shí)，當(dāng)BT值到時(shí)，需要將BT值時(shí)間設(shè)置為RT2，向第一主設(shè)備與第二主設(shè)備交替發(fā)送BACK。在不同的物理層上，STO值設(shè)置的時(shí)長不同。物理層為FSK時(shí)，為8個(gè)字符時(shí)間。物理層為RS-485時(shí)，1200bps時(shí)為8個(gè)字符時(shí)間，大于1200bps時(shí)，為3ms+6個(gè)字符時(shí)間。物理層為PSK時(shí)，為14ms。在紅外物理層上時(shí)，為7ms。其他情況則一直保持在等待態(tài)。

5.HART協(xié)議產(chǎn)品

目前中科博微HART協(xié)議產(chǎn)品有：MC0310核心板模板、G0310 Modbus轉(zhuǎn)HART網(wǎng)關(guān)、NCS-TT105H 雙通道智能溫度變送器、NCS-TT106H 頭部安裝智能溫度變送器、NCS-PT105II系列壓力變送器，歡迎前來咨詢。