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HART協議是一種過渡現場總線,既保留模擬信號又可進行數字通訊,目前具有HART通訊功能的變送器在市場上很有競爭力?本文介紹了一種方便可行的對現有普通智能變送器的技術改造方法,使其具有HART數字通訊能力?
關鍵詞：HART  智能變送器  中央處理單元
    隨著電子半導體器件的發展,智能化?網絡化成為過程自動化現場變送器的發展方向?現場總線技術的發展和成熟為過程自動化的發展描繪了一幅美麗的前景?目前,FF總線(基金會現場總線)?Profibus總線在國內的過程自動化領域都有比較成功的應用范例?HART協議現場總線作為一種過渡的總線技術,在保留傳統模擬變送器標準4~20mA電流信號的基礎上增加了通訊的功能?HART智能變送器既可以接入控制系統 bbbb="http://www.fieldbuses.com/topicnewsbbbbx?tid=4">DCS系統,又可以通過總線通訊組成完整的FCS(FIELDBUS CONTROL SYSTEM)系統,同時還可以通過手持終端在線調整變送器參數?由于HART智能變送器具有上述的多種靈活性,在目前的變送器市場中,HART智能變送器占有很大的份額?
        面對目前的市場競爭,國內眾多的變送器生產廠家都把變送器的HART智能化改造作為技術革新的方向;力爭通過HART智能變送器的推出進一步開拓市場?  如何實現變送器的HART智能化改造成為擺在眾多變送器生產廠家面前的一個問題?尤其是對一些已經智能化改造?但不能完成總線通訊的變送器,怎樣在保證現有產品相對獨立性的基礎上添加HART通訊功能,很多技術人員都在研究?
        一些技術人員存在一種觀念,即一臺4~20mA標準輸出的兩線制變送器只需要添加一塊HART協議通訊卡就可以完成變送器的HART改造;實際上這種想法是不可行的?下面從HART協議可以實現的功能進行闡述?  一臺符合HART協議智能變送器若已通過HART基金會的應用層測試,應該可以通過HART通訊完成一些最常規的功能,包括:
  * 讀取變送器測量動態變量,如主變量?輸出電流等;
  * 設定變送器處于多點(輸出電流固定)或者單點(輸出電流4~20mA)模式;
  * 設定?讀出必要的變送器管理信息;
  * 讀出變送器所連接傳感器的相關參數;
  * 獲得變送器的生產廠商?設備類型?HART協議版本等基本信息?
        如上所述,可以通過HART協議對變送器的電流輸出進行控制,也就是說電流環路輸出與HART通訊模塊是一個整體,不可分割?因此,上面提及的改造模式對于兩線制變送器來說是不能實現的?
        一般來講,除了上述最基本的功能外,符合HART協議智能變送器還可以通過HART通訊完成其他幾項功能:
  * 設定變送器測量量程
  * 設定變送器輸出阻尼
  * 完成傳感器的線性化
        本文下面介紹一種比較簡單的方法,可以實現普通智能變送器的HART改造?實現方法的具體功能框圖如下:
    原有的智能變送器電子板中剔除電流輸出控制模塊,保留傳感器激勵?傳感器信號采集?信號運算處理等功能模塊(本文以下將保留部分簡稱為“信號采集處理模塊”)?HART通訊模塊的中央處理單元(CPU)與信號采集處理模塊中的中央處理單元(CPU)直接串行傳遞數據?對于信號采集處理模塊中的CPU而言,原用于控制電流輸出的I/O口線可轉而用于CPU通訊,基本不增加硬件負擔?CPU的軟件中也相應的去除控制電流輸出的程序,添加用于CPU之間串行傳遞數據的功能模塊?
  對于HART通訊模塊而言,不發生HART通訊時,周期性通過CPU之間的數據傳遞從信號采集處理模塊讀取動態變量;發生HART通訊時,不定期的通過CPU之間的數據傳遞設定變送器的運算?控制參數?在雙CPU的數據傳遞中,HART通訊模塊中的CPU處于支配地位,負責啟動數據傳遞及驗證數據傳遞的正確性?
  對于一些HART協議規定的與變送器動態變量運算?輸出無關的管理信息等通訊參數,HART通訊模塊可以獨立處理,無需啟動雙CPU之間的數據傳遞?一些必需雙CPU數據傳遞的變送器參數在下面列出:測量動態變量(包括主變量?輸出電流數值等)?量程?輸出阻尼?傳感器線性化參數等?對于不同種類的變送器,需要傳遞的數據也有很大的不同,多則數十個,少則幾個?
  用于實現雙CPU之間串行數據傳遞的方法有很多,本文介紹一種適用于我們需要的主從式數據傳遞模式? 數據傳遞功能:
  主CPU讀取從CPU指定參數(在物理上可以表現為存儲空間地址)的數據,或者將數據寫入從CPU的指定參數? 通信接口:
    兩塊CPU之間通過四根口線連接,分別定義為:CLK?DATA1?DATA2?CONTROL;主CPU全部采用普通I/O口線,從CPU除去CLK應用外部中斷口線外,其他三根口線也均使用普通I/O口線?主CPU按某一周期中斷從CPU,從CPU接收中斷信號,并做相應處理? 數據傳遞時序:
  假設從CPU的時鐘頻率為1.8432MHZ,T2的最小值為248微秒;T1+T2的最小值為 312.5 微秒?
為確保數據傳遞的可靠性,主CPU向從CPU寫入數據時,可以通過先寫入,后讀出,比較數據是否相同;主CPU由從CPU讀出數據,可以連續讀取兩次,比較數據是否相同?若不同,則連續執行寫入或者讀出操作?  總之,通過上面談到的HART通訊模塊與信號采集處理模塊之間CPU數據傳遞的模式對現有的普通智能變送器進行HART改造,只需要對原智能變送器的電子板做微小的改動,實現周期短,可以比較快的將新產品推向市場?當然,在實際改造過程中,也有許多的具體問題需要仔細考慮,如信號采集處理模塊的功耗?雙方數據傳遞的具體參數定義等?這時,只能根據實際情況把握。