4 Transport
Provides Network Independent, Transparent Message Transfer
3 Network
End to End Routing of Packets. Resolving Network Addresses
2 Data Link
Establishes Data Packet Structure. Framing, Error Detection, Bus Arbitration
数APaBss据iinnagr链yM, Ba路sytteer层/Oslraiv协eentPe议dro, tTo规ockoel范n
1 Physical
Mechanical/Electrical Connection Transmits Raw Bit Stream
SimultaneBoues lAln2al0og2& Digital
15
➢物理层规范提供了建立和使用HART网络和设备 的基本信息，这些信息用来：
(1) 提供HART设备间的互操作性； (2) 在各种条件下提供可接受的通信； (3) 减小与4~~20mA信号之间的窜扰。
网络硬件
16
➢信号发生单元：现场仪表、基本主设备、副 主设备
非信号发生单元：模拟控制器、电缆、网络 电源、本质安全隔离栅、接线盒、接线板、 连接件、混合硬件（通信器件）
应用层
微处理器
链路层
异步收发器（UART） 调制解调器（MODEM） 物理层
传输介质
协议 数据信息 错误控制
信号电压 频率电缆HART能辨认三种不同的设备： 14
第一种是最基本的现场设备，包括从设备和成 组模式设备；现场仪表
第二种设备是基本主设备，它是与现场设备进 行通信的主要设备；
第三类设备是副主设备，它是链路的临时使用 者。
信号发生单位的组合
18
参数
点对点网络
基本主设备数目
副主设备数目
现场仪表数目 （可能受到可能功率、单 元电容或网络特性阻抗的 限制）
单元极性
0或1 0或1 1
有极性或无极性
现场仪表类型
ABC或D
允许现场仪表信号类型
数字型或 数字+模拟型
多点网络
1 0或1 1~15
有极性或无极性 （可混合用） A，B和D可混用 C和D可混用 只有数字型
最多 25 字节
应用层
8
规定 HART 命令：
第一类通用命令
第二类普通应用命令
第三类专用命令
HART 通讯模式
9
第一种“问答式”：2 次/秒， 适用点对点、多站连接
第二种“成组模式”：3.7 次/秒， 只适用点对点连接
HART协议特点和优点
10
1、模拟信号带有过程控制信息，数字信号允许双向通信。
信号发生单元
17
根据功率要求及设备是向网络提供还是从网 络吸收一偏置电流或操作电流，现场设备可分 为四类：A、B、C、D
类型
A B C D
现场设备的分类
描述
从网络吸收直流，并从网络吸收操作功率 从网络吸收直流，但不从网络吸收操作功率 向网络提供直流，不从网络吸收操作功率 不提供直流，也不吸收直流和操作功率
8.1 协议基本情况
4
1、4~20mA模拟信号+数字控制信号（FSK技术） 2、支持双绞线全数字通信，可构成15个站网络 3、支持OSI开放体系结构，1、2、7、层
5
通信模型
OSI Layer
Function
HART
7 Application
Provides the User with Network Capable Applications
1
第八章 HART 通讯协议
崔长 彩 机电学院测控系
主要内容
2
8.1 HART 协议简介 8.2 物理层技术规范 8.3 数据链路层技术规范 8.4 HART 命令简介 8.5 HART 应用
主要内容
3
8.1 HART 协议简介 8.2 物理层技术规范 8.3 数据链路层技术规范 8.4 HART 命令简介 8.5 HART 应用
网络拓扑结构要求： 19
➢ 1、信号发生单元可接在网络的任何位置。 ➢ 2、现场仪表和副主设备均为并联。 ➢ 3、每个信号发生单元只能有一条途径与其他单元相
连(网络中不能有环路）
HART拓朴结构
20
➢ 4、网络至少需要一个主设备或模拟控制器和一个 现场仪表。
➢ 5、本质安全栅可被置于主设备或模拟控制器与网 络之间，副主设备可在安全栅的任何一侧。
8.2 物理层技术规范
12
物理层规定： 信号的传输方式、信号电压、设备阻抗和传输介质等。
通常以双绞线为传输介质。
HART数据传输是4~20mA数据传输的扩展，它在低频的 4~20mA电流上叠加了一高频电流，两种信号共享硬件， 但在频率上是分开的。
13
HART协议硬件、数据链路层、物理层之间的关系
HPCraoApvaibRdleeTsAt命hpeplUi令csaetriownisth Network
6 presentation
Converts Application Data Between Network and Local Machine Formats
5 Session
Connection Management Services for Applications
2、(智能化现场仪表+模拟仪表、记录仪及控制器)混合 系统
3、支持多主站数字通信，节省导线，减少安装费
4、通过租用电话线连接仪表，使远方的现场仪表使 用相 对便宜的接口设备。
5、允许“问答式”及 “成组模式”通信方式。
6、报文结构灵活、规范、一次通信可携带4个过程变量
主要内容
11
8.1 HART 协议简介 8.2 物理层技术规范 8.3 数据链路层技术规范 8.4 HART 命令简介 8.5 HART 应用
Signaling . Normal 4-20mA Copper Wiring
物理层
载波传输
6
基于Bell 202 通信标准的FSK 技术，基本内容：
波特率
1200bps
速度较慢
逻辑1
1200HZ
逻辑0
2400HZ
数据链路层
7
规定通信数据的结构，每个字符由11位组成：
1bit起始位 + 8bit数据 + 1bit奇偶校验位 + 1bit停止位
➢ 6、网络的一个或多个部分的组合可被组合在一个 设备中。
21