HART智能仪表在线监控系统的设计与实现

hart 协议Hart协议是一种工业通讯协议，旨在实现智能领域设备与现场仪表的互联互通。

Hart（Highway Addressable Remote Transducer）协议最初由Rosemount公司在1985年推出，被广泛应用于现场仪表和控制系统中。

Hart协议的特点之一是将数字信号与模拟信号进行了有机结合。

通过双线制的通信方式，Hart协议能够在模拟信号传输的同时，通过数字通信方式发送监测和控制数据。

这种设计使得Hart协议兼容于各种类型的传感器和执行器，有效利用了现有的设备资源。

同时，Hart协议还支持多个设备的透明通信，可以在电缆线路上轻松传输多个设备的数据。

Hart协议的另一个特点是能够通过周期性轮询方式进行通信。

主机设备通过发送查询命令，从设备收集实时数据，并通过特定的应答方式返回给主机。

这种通信方式可以实时监测设备的状态，并及时进行故障诊断和维护。

此外，Hart协议还支持从设备主动报警功能，当设备出现异常情况时，可通过Hart协议向主机发送报警信息，提醒操作人员进行处理。

在Hart协议中，数据的传输速率较低，通常为1200bps。

这是因为Hart协议主要应用于工业环境，对实时性和稳定性有较高要求，而不是数据的传输速率。

通过采用低速传输，Hart协议可以减少传输误码率，提升通信可靠性。

此外，Hart协议还采用了可靠性较高的调制解调技术，保证了通信数据的完整性和准确性。

Hart协议广泛应用于各种工业控制领域，包括制药、化工、电力等。

通过Hart协议，现场仪表可以与控制系统实现双向通信，实时传输和调整控制参数。

这大大提高了现场设备的智能化水平，减少了维护成本和设备故障率。

同时，Hart协议还支持多种设备接入，可实现多种不同类型的设备集成和管理，提升了系统的可扩展性和灵活性。

总之，Hart协议作为一种高效可靠的工业通讯协议，为智能领域设备与现场仪表之间的互联互通提供了有力的支持。

通过Hart协议，设备之间可以实现双向通信，并实时传输和调整控制参数。

HART协议的智能阀门定位器的设计和实现互联网2012-09-26 09:19:29∙»NI模块化数字万用表技术资源包∙»NI InsightCM 全新企业级状态监测解决方∙»NI LabVIEW高性能FPGA开发者指南摘要：针对二线制智能阀门定位器的低功耗特性，基于自适应控制理论，设计了一种基于HART协议的智能阀门定位器。

分别对HART通信协议、协议接口等技术进行了研究，并具体给出了HART通信的阀门定位器原理和智能阀门定位器的软硬件设计方案。

现场运行表明，系统的稳态精度、动态响应特阀门定位器是调节阀的重要辅助附件之一，它已广泛应用于电力、冶金、石化、轻纺、食品、医药等行业。

随着现场总线技术在工业过程控制领域的应用，自动化系统逐渐朝网络化、总线化趋势发展，而原有的智能阀门定位器由4-20mA模拟信号控制圈，不能进行数字通信。

HART协议是一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议，兼容数字信号和模拟信号的特点，在不影响模拟信号控制的前提下可以进行数字通信;并且具有现场和远程参数监控的功能;在降低系统成本、提高控制精度和系统可靠性方面具有不可比拟的优势。

本文开发了一种基于HART协议的二线制智能阀门定位器。

该定位器不仅具有良好的控制品质，而且通信可靠稳定;此外，它还具有参数组态、行程特性修正等功能;利用HART通信功能，它可以实现对现场仪表的远程组态，为故障定位提供更加丰富的诊断信息。

一、HART通信的阀门定位器原理基于HART通信的智能型阀门定位器由采样电路、电源电路、人机界面、MCU控制单元、HART通信单元、I/P控制单元(压电阀)和阀位反馈检测单元(位移传感器)构成，其原理如图1所示。

电源电路将4-20mA电流信号转换成电压信号，而该电压信号为HART通信单元、采样电路、MCU控制单元、FP控制单元提供工作电压;采样电路完成控制信号的采样;人机界面用来显示调节阀的工作状态;MCU控制单元根据阀位反馈单元提供的阀位信号和采样电路提供的设定值信息，产生相应的控制策略，以驱动FP控制单元工作;FP控制单元驱动压电阀动作，从而实现调节阀的动作;HART通信单元实现与MCU控制单元的数据交换以及与外界的数字通信。

基于无线HART的智能仪表在线监控系统高晋树;王洪元;潘操;刘晓宇【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2011(038)012【摘要】为了充分利用传统HART仪表,提高控制系统的可靠性,减少现场仪表的维护量并降低维护费用,提出了一种基于无线HART协议的智能仪表在线监控系统,给出了系统的软、硬件设计思想和实现方法.%Considering the well-application of traditional HART instruments, and enhancing control system reliability and reducing field instruments maintenance and service costs, an on-line monitoring system based on wireless HART protocol for intelligent instruments was proposed, including the introduction of system architecture and design idea and implement method.【总页数】5页(P1449-1453)【作者】高晋树;王洪元;潘操;刘晓宇【作者单位】常州大学信息科学与工程学院,江苏常州213016;常州大学信息科学与工程学院,江苏常州213016;常州大学信息科学与工程学院,江苏常州213016;常州大学信息科学与工程学院,江苏常州213016【正文语种】中文【中图分类】TH86【相关文献】1.HART协议简介及HART智能仪表的组成原理 [J], 马小永;汪宝兵2.HART智能仪表在线监控系统的设计与实现 [J], 石林;王洪元;徐守坤;杨小英3.HART通信基金会（中）HART通信协议——为您的智能仪表提供高性价比解决方案 [J],4.HART通信基金会（下）HART通信协议——为您的智能仪表提供高性价比解决方案 [J],5.基于HART协议的475手操器在智能仪表中的应用 [J], 胡林红;孔令敏;李涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

收稿日期:2000211208;修改稿收到日期:2001201203作者简介:刘翠凤(1971-),女,湖南安乡人,1996年毕业于大庆石油学院自控系过程自动化专业,现任新疆石化总厂炼油厂仪表车间助理工程师。

仪器仪表与应用符合HART 协议的智能仪表及其应用刘翠凤(独山子石化总厂炼油厂仪表车间,新疆独山子　833600) 摘要:符合H ART 协议的仪表生产厂遍及国内外,在石油化工企业,使用符合H ART 协议的产品已成为一种趋势。

介绍了符合H ART 协议的智能仪表的生产厂及其产品,并介绍了这种仪表在新疆独山子石化总厂炼油厂的应用。

关键词:H ART 协议;智能仪表;H ART 通讯器;使用 中图分类号:TH86 文献标识码:B 文章编号:100727324(2001)04200652021　H ART 协议H ART (Highway Addressible Rem ote Transducer )通讯协议是R osem ount 公司在1986年提出的现场总线的过渡性协议,它是在4～20mA 模拟信号叠加频移键控Fsk (Frequency shift keying )数字信号,既可进行4～20mA 模拟信号传输,又可进行数字通讯,从而允许先进的H ART 仪表在老式装置上应用。

作为一个开放性协议,经过十多年的发展,H ART 协议已成为智能仪表事实上的工业标准。

2　符合H ART 协议的智能仪表生产厂及其产品1)最先推出H ART 协议的R osem ount 公司生产的普通智能差压、压力变送器等;2)Fisher 2R osem ount 的智能型变送器(644H ,644R ),智能型质量流量计(R 系列,T 系列,E LITE系列),APEX 雷达物位计等;3)Fuji Electric 生产的FCX 系列变送器等;4)英国德鲁克生产的STX2000压力、差压变送器等;5)美国OH M ART 生产的放射性液位计,密度计,重量计等;6)美国DE 公司生产的射频导纳液位、界面计等;7)美国F oxboro 公司生产的I DP ,IG P 等,既符合它公司自身的协议,也符合H ART 协议;8)E +H 公司生产的新一代电容式物位仪表,70系列涡街流量计等;9)原有的ABB T B82系列二线制分析量变送器在T B82H 上增加了H ART 通讯能力以测量pH ,Re 2dox (ORP )和I pon ;TRI O -M ASS 质量流量计;ABB 600T 系列变送器;C ONTRAN SP 压力变送器;Sensy 2con 系列温度变送器都符合H ART 协议。

HART技术一、HART概述目前在世界各地所安装的大多数智能现场设备均具有HART功能。

但是，初次接触自动化领域的一些朋友可能需要重温这项强有力的技术。

简而言之，HART（高速可寻址远程传感器）协议是在智能设备与控制或监测系统之间的模拟线缆上发送和接收数字信息的全球标准。

更具体地说，HART是一个双向通信协议，提供智能现场仪表和主机系统之间的数据访问。

主机可以是任何软件应用程序，从技术人员的手持设备或笔记本电脑，到工厂中使用任何控制平台的过程控制、资产管理、安全或其他系统。

为现有工厂提供数字化升级HART技术为下述这些工厂的运营者提供了一项可靠的、长远的解决方案，他们努力寻求发挥拥有数字通信功能的智能设备的优势–该数字通信功能在大多数安装设备中都已存在。

然而在许多情况下，大多数应用程序无法为其现有的自动化系统加装能够接受HART协议所提供数字数据的系统。

由于目前运行的大多数自动化网络，均基于传统的4 - 20mA模拟线路，从而HART技术便可以发挥重要的作用，因为数字信息是与4 - 20mA信号同步通信的。

没有它，就不会有数字通信。

重要的、数字化作用当用于智能设备的调试投产和校准以及连续在线诊断时，HART技术易于使用且非常可靠。

有几个原因使得我们需要拥有可与智能设备通信的主机。

包括：∙设备的配置或重新配置∙设备诊断∙设备故障排除∙读取设备所提供的额外测量值∙设备状况和状态∙其它原因：使用HART技术拥有诸多好处，而且不断有更多的用户在他们的项目中报告其所带来的好处。

欲了解更多信息，请访问成功故事利用这些优势的成功经验解释了为什么HART技术能够成为所有通信协议中最大的协议，并安装于世界各地3千多万台设备之中。

如果您曾经使用座机电话，通过观察来电显示来了解打电话的是谁，您已经知道了HART协议所做的一半工作，即它告诉“谁”在打电话。

在工业自动化网络中，这个“谁”便是基于微处理器的智能现场设备。

除了让这种智能现场设备“给家打电话”之外，HART通信还让主机系统向智能仪表发送数据。

hart协议概述概述：HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议是一种用于工业自动化领域的数字通信协议，它允许数字智能仪表与控制系统进行双向通信。

该协议最初由美国的Rosemount公司开发，并于1986年首次发布。

HART协议的设计目标是在保持模拟信号传输的同时，提供数字通信的能力，以实现更高级别的监测、控制和诊断功能。

HART协议的特点：1. 双向通信：HART协议允许数字智能仪表与控制系统之间进行双向通信，从而实现了更高级别的监测、控制和诊断功能。

通过该协议，控制系统可以向仪表发送指令，并接收仪表返回的数据。

2. 兼容性：HART协议兼容现有的4-20mA模拟信号传输系统，因此可以与传统的模拟仪表和控制系统无缝集成。

这意味着用户可以在不更换硬件的情况下，通过简单的软件升级，将现有的模拟仪表升级为数字智能仪表。

3. 可靠性：HART协议采用了一种双频传输技术，即在4-20mA模拟信号上叠加了数字信号。

这种双频传输技术可以确保在数字信号受到干扰或丢失的情况下，模拟信号仍然能够正常传输，从而保证了系统的可靠性。

4. 灵活性：HART协议支持多种通信方式，包括点对点通信、多点通信和多主机通信。

这使得用户可以根据具体的应用需求选择最适合的通信方式。

5. 低成本：由于HART协议兼容现有的模拟信号传输系统，因此用户可以在不更换硬件的情况下，通过简单的软件升级，将现有的模拟仪表升级为数字智能仪表。

这样可以降低升级成本，并延长现有设备的使用寿命。

HART协议的应用：HART协议广泛应用于各种工业自动化领域，包括化工、石油、天然气、电力、制药、食品和饮料等行业。

以下是HART协议的一些主要应用领域：1. 过程控制：HART协议可以实现对过程控制参数的监测和调节，例如温度、压力、流量和液位等。

通过数字智能仪表与控制系统之间的双向通信，可以实现更精确的控制和更高级别的自动化。

编号：_______________本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载基于HART协议的智能变送器设计甲方：___________________乙方：___________________日期：___________________摘要：从HARTtt、议智能变磅器的功能和协议要求出发，在详细讨论、分析HART 协议智能变送器的设计重点、难点和技术关键的基础上，设计完整的HARTtt、议智能压力/差压变送器的实用电路。

它可以实现HART*议智能变送器的基本功能。

关键词：HARTW议智能变送器现场总线数字数据通信概述现场总线技术是当前自动检测技术的热点之一。

从现场总线技术形成来看，它是控制、计算机、通信、网络等技术发展的必然结果；而智能仪表则为现场总线的出现和应用奠定了基础。

自1983年Honeywell推出智能仪表--Smar变送器之后，世界各厂家都相继推出各有特色的智能仪表。

为解决开放性资源的共享问题，从用户到厂商都强烈要求形成统一标准，促进现场总线技术的形成。

目前，几种有影响的现场总线技术有：基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUSCAIN HART 除HART#,均为全数字化现场总线协议。

全数字化意味着将取消传统的模拟信号的传送方式，而要求每一个现场设备都具有智能及数字通信能力，使得操作人员或其他设备向现场发送指令，同时也能实时地得到现场设备各方面的情况。

此外，原来由主控制器完成的控制运算也分散到了各个现场设备上，大大提高了系统的可靠性和灵活性。

现场总线技术关键之处在于系统的开放性，强调对标准的共识与遵从，打破了传统生产厂家各自独立标准的局面，保证了来自不同厂家的产品可以集成到同一个现场总线系统中，并且可以通过网关与其他系统共享资源。

目前，一方面现场总线标准正处在完善和发展阶段，另一方面传统的基于4〜20mA的模拟设备还在广泛应用于工业控制信各个领域。

因此，马上全数字化是不现实的。

无线HART网络管理器的研究与实现的开题报告一、选题背景HART协议是目前工业自动化领域中广泛使用的基于4~20mA模拟电信号传输的数字通信协议。

随着智能化、自动化水平的不断提高，对于HART协议的性能要求越来越高，此时无线HART应运而生。

无线HART是基于蓝牙技术和HART协议的结合，将传统的有线通讯方式变成无线通讯方式，其应用范围广泛，主要包括流量控制、压力和温度测量等领域。

在无线HART网络中，HART设备可以通过无线通信方式与无线HART网络管理器进行通信。

无线HART网络管理器作为无线HART网络的核心设备，负责对整个无线HART网络进行管理、监控和控制，是实现无线HART的重要组成部分。

目前，无线HART网络管理器的研究较为薄弱，本次选题旨在通过深入研究，设计和实现一款高可靠、高效率、易于维护的无线HART网络管理器。

二、研究内容本课题拟对无线HART网络管理器进行深入研究，主要研究内容包括：1. 无线HART网络管理器的架构设计和实现：通过深入研究无线HART网络的特点和需求，设计一套无线HART网络管理器的架构，包括硬件和软件两部分，并实现无线HART网络管理器的基本功能。

2. 无线HART网络管理器的通信协议：设计和实现无线HART网络管理器的通信协议，实现无线HART网络管理器与HART设备之间的无线通信，确保通信的稳定性和可靠性。

3. 无线HART网络管理器的安全保障：通过研究和分析无线HART 网络的安全问题，设计和实现一系列的安全机制，保障无线HART网络的信息安全和数据完整性。

4. 无线HART网络管理器的性能优化：通过对无线HART网络管理器的性能进行分析和测试，针对性地对其进行优化和升级，保证无线HART网络管理器在工业生产环境中的高效稳定运行。

三、研究意义1. 提升无线HART网络的能力：通过设计和实现无线HART网络管理器，可以提高无线HART网络的管理效率和监控能力，为实现工业生产智能化、自动化提供有效的技术支撑。

hart协议概述协议名称：HART协议概述一、引言HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议是一种用于工业自动化领域的通信协议，旨在实现智能仪表与控制系统之间的双向通信。

本文将对HART 协议进行概述，包括其背景、特点、应用领域以及通信原理等方面的内容。

二、背景随着工业自动化技术的发展，传统的4-20mA模拟信号已经无法满足对仪表的更高要求，例如远程参数配置、故障诊断和实时监控等。

为了解决这些问题，HART协议应运而生。

HART协议通过在4-20mA模拟信号上叠加数字信号，实现了数字通信和模拟信号的共存，从而提供了更多的功能和灵活性。

三、特点1. 双向通信：HART协议允许智能仪表与控制系统之间进行双向通信，实现了参数配置、数据传输和故障诊断等功能。

2. 兼容性：HART协议可以与传统的4-20mA模拟信号兼容，无需更改原有的硬件设备和布线。

3. 可扩展性：HART协议支持多个仪表同时连接到控制系统，实现了多变量测量和控制。

4. 低成本：由于HART协议可以通过现有的4-20mA模拟信号进行通信，因此实施成本较低。

四、应用领域HART协议广泛应用于各个工业领域，包括石油化工、电力、制药、水处理等。

以下是HART协议在不同领域的应用示例：1. 石油化工：HART协议可用于监测和控制压力、温度、液位等参数，实现对化工过程的精确控制。

2. 电力：HART协议可用于电力变压器的监测和故障诊断，提高电力系统的可靠性和安全性。

3. 制药：HART协议可用于药品生产过程中的温度、压力和流量等参数的监测，确保生产过程的稳定性和质量。

4. 水处理：HART协议可用于水处理设备的监测和控制，实现对水质参数的实时监测和调节。

五、通信原理HART协议的通信原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 主站发送命令：控制系统作为主站向智能仪表发送命令，要求其返回特定的参数或执行特定的操作。

HART协议HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议是一种数字通信协议，用于在智能仪表和控制系统之间进行通信。

它是由Rosemount公司在1986年开发的一种双向通信协议，旨在提高现场仪表与控制系统之间的通信能力。

HART协议采用了一种混合信号技术，允许数字信号和模拟信号在同一根导线上进行传输。

这种技术使得HART协议可以在不影响模拟信号传输的情况下，通过同一根导线传输数字信号，从而实现了数字通信的功能。

这种双向通信的特性使得HART协议成为了现场仪表与控制系统之间通信的重要方式。

HART协议的工作原理是通过在模拟信号上叠加数字信号来实现的。

当数字信号叠加在模拟信号上时，它不会对模拟信号造成任何干扰，因此可以在同一根导线上进行传输。

这种叠加的方式使得HART协议可以在不需要额外的通信线路的情况下，实现数字通信的功能，从而降低了通信成本和系统复杂度。

HART协议不仅可以传输测量数值，还可以传输诊断信息、设备状态等额外信息，从而提高了现场仪表的智能化程度。

通过HART协议，用户可以远程监控和控制现场仪表，实现了对现场设备的远程管理。

这种功能极大地提高了现场设备的可操作性和可靠性，为工业自动化系统的运行提供了有力支持。

除此之外，HART协议还具有很强的兼容性。

由于HART协议可以通过模拟信号进行传输，因此它可以与现有的模拟信号设备兼容，无需对现有设备进行改造，从而降低了系统升级的成本和风险。

总的来说，HART协议作为一种双向通信协议，具有数字通信和模拟信号兼容的特点，为现场仪表与控制系统之间的通信提供了一种高效、低成本的解决方案。

它的出现极大地提高了现场仪表的智能化程度，为工业自动化系统的运行提供了有力支持。

随着工业自动化程度的不断提高，HART协议必将发挥越来越重要的作用，成为工业自动化领域中不可或缺的一部分。

HART协议应用说明HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议是一种用于工业自动化领域的通信协议。

它是基于4-20mA模拟信号的双向数传技术，可以在现场仪表和控制系统之间传输数字和模拟信号。

HART协议可以实现远程监控和控制，提高系统效率和可靠性。

首先，HART协议可以用于过程控制系统。

通过使用HART协议，现场仪表和控制系统之间可以传输更多的信息，提供更多的数据支持，便于操作员进行监测和控制。

例如，在一座化工厂中，操作员可以通过HART协议实时监测各个过程仪表的状态和读取其传感器的数据，以确保生产过程的顺利进行。

其次，HART协议可用于工厂自动化。

工厂中的各种设备和机器可以通过HART协议与监控系统进行通信，实现集中管理和控制。

无论是生产线上的机械装置还是仓库中的自动化设备，都可以使用HART协议进行监控和控制。

操作员可以通过监控系统实时获取设备的状态和性能指标，并进行必要的操作和维护。

此外，HART协议还可以用于压力、温度和流量等测量和控制设备。

对于这些现场仪表，HART协议可以提供更多的功能和数据，提高设备的测量精度和控制性能。

例如，在一个成套的温度测量系统中，使用HART协议的温度传感器可以向控制系统发送温度数据，并接收控制系统的命令，实现精确的温度控制。

HART协议的应用还可以延伸到其他领域。

比如安全监控系统中的报警设备可以通过HART协议与监控中心进行通信，实现实时报警和远程控制。

智能建筑系统中的照明设备可以通过HART协议进行远程控制和调节。

总之，HART协议的应用非常灵活，可以广泛适用于各个行业和领域。

然而，要实现HART协议的应用，需要一些硬件和软件的支持。

在硬件方面，现场仪表需要具备HART通信模块，以便能够与其他设备进行通信。

控制系统和监控中心也需要具备相应的HART接口，以便能够与现场仪表进行连接和通信。

在软件方面，需要使用HART协议的通信软件来实现数据传输和信息处理。

基于HART协议的计量监控系统设计
于晓东
【期刊名称】《石油化工自动化》
【年(卷),期】2006(000)005
【摘要】介绍了一种以HART通讯协议为基础的计量监控系统的设计方案,对该系统软件和硬件的构成、数据的采集与通讯和操作界面作了详细介绍,重点阐述了如何利用AMS设备管理软件、OPC通讯技术和iFIX工控组态软件,实现计量数据的采集、上传、统计及显示.
【总页数】2页(P8-9)
【作者】于晓东
【作者单位】中国石油抚顺工程建设有限公司,辽宁,抚顺,113004
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.基于HART协议的工业无线监控系统设计 [J], 曹庆年;胡欣欣;孟开元;庄贵林
2.基于HART协议的油库自动计量系统设计 [J], 卫敏;陈卫
3.基于labVIEW的酒精罐区计量与监控系统设计 [J], 周志坚
4.基于HART协议的储罐自动计量系统的设计 [J], 温阳东;姚军;何瑄
5.基于电力载波通信的电能计量远程在线监控系统设计 [J], 唐叔进
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基于HART协议的智能压力变送器的设计一、引言随着工业化进程的加速，工业自动化逐渐成为工业生产力的关键之一。

在工业自动化中，智能传感器作为智能化的重要组成部分，被广泛应用于压力测量、温度测量、流量测量、液位测量等领域。

而基于HART协议的智能压力变送器也是其中的重要一员。

本文将主要介绍基于HART协议的智能压力变送器的设计。

二、HART协议简介HART协议是一种数字通信协议，其全称为“高级自动化和远程控制技术(Highway Addressable Remote Transducer)”。

它是基于4-20mA模拟信号的主从式通讯协议，可实现仪表与上位机、控制系统之间的通讯。

HART协议除了传统的4-20mA信号外，还在这个信号上增加了数字信息，实现了模拟和数字信号的双向传输，从而兼容了现有的4-20mA模拟信号系统。

因此，HART协议被广泛应用于制造业、化工、石油、天然气、电力和给排水等工业领域。

三、智能压力变送器的设计1. 系统架构智能压力变送器系统主要由传感器、信号处理单元、通讯电路、电源、外壳等组成。

其中，传感器用于测量压力信号，信号处理单元将检测到的压力信号进行放大、线性化、校准等处理后，将处理结果通过HART通讯电路传输至上位机或控制系统，以实现数据采集、控制和监视等功能，同时通过外壳起到防护作用。

2. 硬件设计（1）传感器设计智能压力变送器的传感器一般采用金属箔应变式传感器。

在设计过程中，要考虑其灵敏度、线性、稳定性和动态特性等因素。

（2）信号处理单元设计智能压力变送器的信号处理单元主要包括前置放大、线性化、校准等模块。

前置放大模块主要用于将传感器输出的微弱信号放大到一定程度，以便后续模块的处理，同时还能过滤高频干扰信号。

线性化模块主要用于将非线性的传感器输出信号进行线性化，保证采集数据的准确性。

校准模块主要用于校准传感器，提高系统的可靠性。

（3）通讯电路设计通讯电路主要负责将处理后的信号通过HART协议传输至上位机或控制系统，其中，HART通讯电路是智能压力变送器的关键部分。

HART智能仪表通用组态软件开发孙明革;关波;徐松梅【摘要】介绍了支持HART协议仪表的PC机组态软件的开发与应用,该软件采用C#编制,通过驱动采用USB接口连接的HART/USB转换器与多种智能HART仪表进行通讯,采集、修改HART智能仪表的各种信息,实现仪表量程、标号、标注信息及仪表自身校准等操作,并实现智能HART仪表的远程管理与控制.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2014(031)003【总页数】5页(P56-60)【关键词】HART协议;仪表;组态软件;开发【作者】孙明革;关波;徐松梅【作者单位】吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林132022;中国石油吉林石化公司化肥厂,吉林吉林132021;吉林中国石油天然气集团公司染料厂,吉林吉林132021【正文语种】中文【中图分类】TP319HART(Highway Addressable Remote Transducer)协议，是一项4～20mA信号与数字通信技术兼容的过渡性标准，现已有Rosemount，ABB，Fuji，Moore，E+H，Honeywell，Fisher Controls 等 70 多家公司参加了HART协议基金HCF.由于HART协议众多不容置疑的优点，使它成为全球应用最为广泛的现场通信协议［1］.目前国内外许多著名的仪表生产厂家都生产支持HART协议的智能现场仪表，但是不同厂家各自采用自己开发的便携式编程器组态各自的仪表，这样存在操作不方便、通用性差等缺陷.虽然在PC机上开发了相应的组态软件，但是也存在通用性差、功能少等缺点.本文主要通过对HART命令的解析来阐述HART组态软件的工作原理，以及依据HART协议，利用C#高级语言编写一种支持HART协议的通用组态软件，实现HART命令对现场智能设备的控制，并阐述了基本编程思路［2-3］.1 工作原理1.1 系统通讯连接示意图HART仪表组态软件通过USB-HART转换器与现场智能仪表连接，当HART仪表组态软件发送命令至现场设备时，现场智能仪表会立即回应主机，根据其应答的数据信息可以得到当前仪表的工作状态以及仪表本身存储的各种信息.系统通讯连接示意图如图1所示［4-5］.图1 系统通讯连接示意图1.2 HART 协议帧在HART协议中，实体间的数据传输是以帧的形式实现的.HART协议帧由用户数据和地址信息封装而成，它由前导符、定界符、地址域、命令域、字节长度域、数据域、状态域以及校验位组成［4-5］.具体如表1 ～2 所示.表1 请求帧前导符定界符地址域命令域字节长度域数据域校验位表2 响应帧前导符定界符地址域命令域字节长度域响应码数据域校验位(1)前导符一般是5～20个FF十六进制字节.它实际上是同步信号，各通讯设备可以据此略做调整，保证信息的同步;(2)定界符可以用来表示使用的结构是“长”结构或者“短”结构、消息源是否是“突发”模式消息.主机到从机为短结构时，起始位为02，长帧时为82.从机到主机的短结构值为06，长结构值为86.而为“突发”模式的短结构值为01，长结构为81;(3)地址域包含了主机地址和从机地址，短结构中占1字节，长结构中占5字节.无论长结构还是短结构，HART协议中允许2个主机存在，用首字节的最高位来进行区分，值为1表示第一主机地址，第二主机用0表示.短结构用首字节的0～4位表示值为0～15的从机地址，第5、6位赋0;而长结构用后6位表示从机的生产厂商的代码，第2个字节表示从机设备型号代码，后3～5个字节表示从机的设备序列号，构成“唯一”标志码;(4)命令域的范围为253个，用HEX的0～FD表示;(5)字节长度域的值表示自下一个字节到最后字节(不包括校验字节)的字节数;(6)响应码只存在于从机响应主机消息的时候，用2个字节表示.它将报告通讯中的错误、接收命令的状态(如:设备忙、无法识别命令等)和从机的操作状态;(7)数据域表示传送和接收的数据，一般不超过25个字节;(8)校验方式采用纵向奇偶校验，从起始字节开始到奇偶校验前一个字节为止.通过对HART协议的请求帧和响应帧的结构分析，得出正式进行仪表通讯之前需进行仪表测试，来确定制造商的设备类型、厂商的代码、设备的版本号及标识.2 系统设计2.1 功能结构设计系统功能结构图包括用户注册模块、发送HART命令模块、接收数据显示模块、通讯状态显示模块及接收发送字节数.具体如图2所示［2-3，6］.图2 系统功能结构图用户注册模块:只有注册用户才能正常使用该软件;发送HART命令:串口打开后，用户可通过发送HART命令与智能仪表进行通讯，获取或设置现场设备的状态;接收数据显示:把接收来的字节转化为文字信息或数字信息显示在屏幕上，表示用户所需要的状态信息;传输状态显示:反映响应码所对应的通讯信息，只有响应码首字节为零时才说明通讯正常，其它情况都表示通讯没有正确执行，根据响应码的数值显示相应的出错信息，有助于维护设备正常的运行;接收发送字节数:显示当前接收或发送的字节数.2.2 系统流程设计本组态软件系统在经过设备测试后确定现场智能仪表的地址域，并且等待主机发送HART命令，当获取具体的HART命令后，根据命令的具体含义执行相应的操作.具体的系统流程图如图3 所示［7-15］.图3 系统流程图3 系统实现3.1 组态软件操作界面组态软件的主操作界面如图4所示，这里不做说明.图4 主操作界面3.2 C#串口驱动程序实现组态软件主界面上的每一个按钮对应一个特定的HART发送命令，每个命令的发送字节数与接收字节数都不一样，发送前必须实现串口连接，本软件通过创建SerialPort对象来实现串口通信的全过程.程序中用到的SerialPort类的方法［2-3］:ReadLine():从输入缓冲区读一新行的值，如果没有，会返回NULL;WriteLine(charbuffer，int offset，int count):写入输出缓冲;Open():打开一个新的串口连接;Close():关闭.具体实现过程如下:(1)添加引用using System.IO.Ports;//串口类(2)定义SerialPort类实例private SerialPort SpCom = new SerialPort();//建立类实例(3)超时设置SpCom.WriteTimeout=2000;//写入超时SpCom.ReadTimeout=2000;//读取超时(4)设置通讯端口号及波特率、数据位、停止位和校验位SpCom.PortName=boBox1.SelectedItem.ToString();//获取通讯端口号SpCom.BaudRate=1200;//HART为固定波特率=1200HZSpCom.Parity = System.IO.Ports.Parity.Odd;//奇偶校验位，这里是奇校验SpCom.DataBits=8;//8个数据位SpCom.StopBits=System.IO.Ports.StopBits.One;//一个停止位SpCom.ParityReplace=0;//当发生奇偶校验错误时，设置并返回替换数据流中一个非法字符的字符.(5)打开串口SpCom.Open();(6)发送数据SpCom.Write(charbuffer，int offset，int count);(7)添加接受事件在运行时将事件与事件处理程序相关联(通过委托实现).Received+=new SerialData-ReceivedEventHandler(this.DataReceived);函数程序实现及转化如下:private void DataReceived(object sender，SerialDataReceivedEventArgs e) {try{this.SpCom.BaseStream.Flush();//清除缓冲区int j=this.SpCom.BytesToRead;byteRdata=new byte［j］;this.SpCom.Read(Rdata，0，j);//把数据读入数组中count+=j;for(int i=0;i＜j;i++){Rcommand［count-j+i］=Rdata［i］;}//数据转移this.SpCom.BaseStream.Flush();}catch(Exception err)//错误信息提示{MessageBox.Show(err.Message);}}(8)关闭串口SpCom.Close();3.3 数据类型转换数据显示需要把接收到的字节数组经过转换得到用户需要的数据形式，这种转换包括多种数据类型的转换［2-3］.(1)四个字节数组转化单精度浮点数byteword=new byte［4］;word［0］=Rcommand［firstdata+3］;//接收字节数组的第四个字节word［1］ =Rcommand［firstdata+2］;//接收字节数组的第三个字节word［2］ =Rcommand［firstdata+1］;//接收字节数组的第二个字节word［3］ =Rcommand［firstdata］;//接收字节数组的第一个字节this.textBox5.Text= System.BitConverter.ToSingle(word，0).ToString();//将四个字节数组转化成单精度浮点数并显示在textBox5中(2)指定字节数组序列解码为字符串this.textBox18.Text= System.Text.Encoding.ASCII.GetString(data，0，24); //将data数组从0到开始的24个字节转化成字符串(3)将字符序列编码为字节数组data=System.Text.Encoding.ASCII.Get-Bytes(str);//将字符串str转化为字节存入data数组中(4)以字节数组形式返回指定的双精度浮点值order.data= System.BitConverter.GetBytes(da);//将浮点数da转化为字节数组(5)将指定区域的数值字符串转化为等效的32位数值整数data［0］=(byte)int.Parse(this.textBox32.Text);//将textBox32中的内容转化为整数(6)压缩ASCII(6位ASCII)压缩ASCII数据格式是HART协议中特别之处.压缩的ASCII是ASCII的子集，它通过去掉每个ASCII字符的高2位而产生.这就允许4个压缩的ASCII字符占用3个ASCII字符的空间.由HART字符集可以看出，HART协议不允许有小写英文字母出现.由于篇幅，这里就不给出压缩ASCII数据转化非压缩ASCII数据子程序和非压缩ASCII数据转化压缩ASCII数据子程序［2-3］.3.4 HART命令子程序(关键子程序)所有命令发送前都要进入该程序，用以确定要发送的字节数组，然后再通过Serialport类的Write属性将字节发送给智能设备.该命令有两个参数:仪表检测时得到的设备定界符(是长帧还是短帧)和要发送的字节数组(该字节由系统根据用户提供的数字或文字信息转化而来)［2-3］.为了方便读者，这里没有给出程序框图，而是直接给出了实现代码.具体代码实现如下:4 结论本软件包括了HART协议中的所有通用命令、普通命令和一些特殊命令，实现了PC机与各类支持HART协议的现场智能设备的远程通讯.具有操作界面友好、状态显示清晰、操作方便、价格低廉等优点，并且本软件增加了自编命令用来支持某些具有特殊命令的HART仪表，提高了软件的通用性.参考文献:【相关文献】［1］丁颖，盛惠兴.HART协议解析［J］.现代电子技术.2004，27(1):14-17.［2］熊辉，马占德，牛耀林，等.基于HART协议的PC组态软件设计［J］.石油化工自动化，2007(1):59-68.［3］张夏，魏文雄，余淼，等.基于Windows的HART组态软件设计［J］.计算机系统工程，2012，38(16):241-244.［4］郭福田，姜军，刘贤梅，等.基于HART协议的通信技术［J］.大庆石油学院学报，2000，24(1):55-77.［5］孙广军.HART现场通讯协议［J］.微计算机信息，2002(2):4-12.［6］曹庆年，胡欣欣，孟开元，等.基于HART协议的工业无线监控系统设计［J］.西安石油大学学报，2012，27(1):99-103.［7］赵昀，魏祥毓，庞彦斌，等.符合HART协议的现场仪表通信卡软件研究开发［J］.仪器仪表学报，2006，22(z2):428-431.［8］孔祥伟，周杏鹏.基于HART协议的智能压力变送器的设计与实现［J］.仪表技术与传感器，2010(2):15-17.［9］郝靖，李擎，杨磊.基于HART协议的智能压力变送器［J］.仪表技术与传感器，2007(2):17-22.［10］王忠民，梁玉伟.基于HART协议的矿用信号转换器的设计［J］.工矿自动化，2011(8):116-118.［11］郑永军，李文军，梁国伟等.基于HART协议的金属管浮子流量计［J］.传感器与微系统，2010，25(2):95-97.［12］陈东宇，施一明，金建祥.基于HART协议的智能扩散硅压力变送器［J］.自动化仪表，2001，22(6):17-19.［13］刘军华.HART协议通讯器在智能变送器实际测量中的应用［J］.化工自动化及仪表，2010，37(2):93-94.［14］马小永，黄玲.传统变送器的HART改造［J］.自动化仪表，2005，26(1):22-24.［15］陈卫兵，束慧.基于HART协议和模糊PID控制的智能氧量分析仪［J］.计算机测量与控制，2010，18(11):2671-2674.。