HART協(xié)議在壓力計(jì)量中的研究與應(yīng)用

康春華

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201203）

在壓力計(jì)量操作中，一些送檢儀表需要通過(guò)HART協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、儀表量程、校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。HART協(xié)議包括通用命令、常用命令和專(zhuān)有命令。

1 上位機(jī)解析

上海盛泰克壓力表頭的上位機(jī)軟件為STP2013，其軟件界面主要包括：文件、操作、環(huán)境和幫助四大功能塊[1]。

1.1 文件

上傳變送器數(shù)據(jù)到文件對(duì)應(yīng)命令的字符串?dāng)?shù)組內(nèi)容為（A2 A1 87 02 95 8C 93 94 96 9B 8F 90 90 C9）；下傳數(shù)據(jù)文件到變送器對(duì)應(yīng)的為上位機(jī)保存*.tra文件；數(shù)據(jù)恢復(fù)發(fā)送的字符串?dāng)?shù)組內(nèi)容為：（A4 3A）；打開(kāi)圖形文件對(duì)應(yīng)操作為打開(kāi)*.tdd文件；保存圖形文件對(duì)應(yīng)另存為*.tdd文件；退出則軟件關(guān)閉界面，終止操作[2]。

1.2 操作

聯(lián)機(jī)測(cè)試發(fā)送字符串?dāng)?shù)組內(nèi)容為（02 80 00 00 82），為了保證上位機(jī)與壓力表頭實(shí)現(xiàn)可靠的聯(lián)機(jī)，程序連續(xù)發(fā)送5遍；搜索儀表發(fā)送4遍地址內(nèi)容，地址從0～15則對(duì)應(yīng)（80 81 82～8F）；復(fù)位儀表發(fā)送字符串內(nèi)容為（82 93 20 00 00 00 2A 00 1B）；停止通信無(wú)字符串內(nèi)容發(fā)送，關(guān)閉連接儀表的硬件串口。

圖1 上海盛泰克上位機(jī)軟件Fig.1 Shanghai Sheng Tektronix pc software

1.3 環(huán)境

環(huán)境設(shè)置主要包括串口選擇和語(yǔ)言選擇，串口選擇可以對(duì)應(yīng)COM1-COM15，此時(shí)列表中顯示的是上位機(jī)所檢測(cè)到的串口內(nèi)容，硬件串口通常包括兩種：一種是PC自帶的232串口，另一種是通過(guò)USB轉(zhuǎn)232實(shí)現(xiàn)的串口[3]。

1.4 幫助

幫助部分軟件包括著作版權(quán)和聯(lián)系方式等信息，用于可以依據(jù)相關(guān)說(shuō)明文檔操作壓力表頭的上位機(jī)軟件。

2 HART設(shè)置

2.1 功能介紹

對(duì)于被檢壓力表頭的參數(shù)讀取可以應(yīng)用HART協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般包括：工具欄、參數(shù)設(shè)置、電流微調(diào)、線性校正、溫度補(bǔ)償、數(shù)據(jù)備份、儀表信息、無(wú)源遷移、壓力微調(diào)、輸出阻尼和專(zhuān)用參數(shù)設(shè)置。儀表版本讀取命令字符串為（A2 96 99 90），過(guò)程監(jiān)控和主界面實(shí)現(xiàn)PV值、mA值和%值的實(shí)時(shí)讀取，讀取命令字符串包括（93 94），寫(xiě)操作命令字符串包括（C7 BC BB），參數(shù)設(shè)置部分會(huì)將所有壓力表頭的設(shè)置參數(shù)都讀取至上位機(jī)，或者將上位機(jī)的設(shè)置參數(shù)傳送至壓力表頭。電流微調(diào)包括檢測(cè)4mA、檢測(cè)20mA、常值電流輸出、退出固定電流輸出，其分別對(duì)應(yīng)的命令字符串內(nèi)容為（28 2D 2E）。線性校正功能包括量程內(nèi)校正點(diǎn)數(shù)設(shè)置（0F 94）、增益設(shè)置（C0 A1 BD 02）、循環(huán)讀取校準(zhǔn)溫度AD值（A1），壓力實(shí)時(shí)AD值（95 8F 90 90），上位機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)壓力表頭的1～16點(diǎn)的校準(zhǔn)操作。數(shù)據(jù)備份操作命令字符串為（82 93 20 00 00 00 A3 00 92）。儀表信息部分包括信息讀出（0C 0D）、傳送（11 12）、短幀地址傳送（06）、長(zhǎng)幀地址讀出（10）、長(zhǎng)幀地址傳送（13），無(wú)源遷移用于修改變送器的上下限值，讀出（0E 0F）、傳送（23 0F）。壓力微調(diào)中的低點(diǎn)微調(diào)（01 0F BE 01），高點(diǎn)微調(diào)（01 0F BE 02），對(duì)應(yīng)零點(diǎn)微調(diào)的讀取操作（96）、零點(diǎn)微調(diào)（2B）、取消（B9）。輸出阻尼讀出（0F），傳送（2F 22）[4]。

2.2 盛泰克協(xié)議解析

以上位機(jī)主頁(yè)面操作的協(xié)議為例，寫(xiě)操作發(fā)送（C7 BC BB）命令，發(fā)送C7命令時(shí)發(fā)送21個(gè)字節(jié)，接收17個(gè)字節(jié)，如下：

發(fā)送：82 93 20 00 00 00 C7 00 F6 FF FF

接收：86 93 20 00 00 00 C7 02 00 00 F0 FF FF FF

發(fā)送內(nèi)容中C7為命令字節(jié)，00是命令長(zhǎng)度字節(jié)，F(xiàn)6是校準(zhǔn)字節(jié)。BC命令發(fā)送33個(gè)字節(jié)，接收27個(gè)字節(jié)，如下：

發(fā)送：82 93 20 00 00 00 BC 0C 04 FF 07 07 BF 4C CC CD 3F 4C CC CD FA FF FF

接收：86 93 20 00 00 00 BC 0E 00 00 F0 FF FF FF

其中，BF 4C CC CD 對(duì)應(yīng)數(shù)值-0.8，3F 4C CC CD對(duì)應(yīng)數(shù)值0.8，這兩個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)壓力表頭的量程上下限數(shù)值，F(xiàn)A為校驗(yàn)字節(jié)。BB命令發(fā)送43個(gè)字節(jié)內(nèi)容如下：

發(fā)送：82 93 20 00 00 00 BB 16 00 00 00 12 3D 00 3E 23 D7 0A 3D CC CC CD C2 20 00 00 42 20 00 00 03 FF FF

其中，3D CC CC CD對(duì)應(yīng)阻尼系數(shù)值0.1，C2 20 00 00對(duì)應(yīng)數(shù)值-40，42 20 00 00對(duì)應(yīng)數(shù)值40。

2.3 中科博微協(xié)議解析

與上海盛泰克的壓力表頭參數(shù)設(shè)置類(lèi)似，沈陽(yáng)中科博微的表頭及上位機(jī)軟件也是應(yīng)用HART協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置。基本信息頁(yè)中寫(xiě)Poll地址（06）、寫(xiě)消息（11）、寫(xiě)標(biāo)識(shí)描述符和日期（12）、寫(xiě)裝配號(hào)（13）、讀消息（0C）、讀標(biāo)識(shí)描述符日期（0D）、讀告警輸出特性，上下限量程和阻尼信息（0F）、讀裝配號(hào)（10）。

上位機(jī)軟件進(jìn)入組態(tài)頁(yè)不斷地刷新動(dòng)態(tài)信息，讀mA和%（02）、讀mA和PV變量及環(huán)境溫度（03）、讀傳感器上下限，最小量程（0E）、讀輸出特性、量程上下限阻尼及單位（0F），而實(shí)時(shí)的壓力值和溫度值都是C3命令讀取上來(lái)的。在設(shè)置的過(guò)程中，量程上限SPAN（24）、量程下限ZERO（25）、主變量零點(diǎn)（2B）。啟動(dòng)軟件時(shí)發(fā)送5個(gè)FF，電流校準(zhǔn)頁(yè)校準(zhǔn)4mA點(diǎn)（2D），校準(zhǔn)20mA點(diǎn)（2E），當(dāng)選擇下拉列表就觸發(fā)固定電流mA輸出命令（28）。變量監(jiān)視頁(yè)，不斷動(dòng)態(tài)刷新（02和03）命令，不斷地循環(huán)讀取。而中科博微壓力表特殊命令進(jìn)入頁(yè)面時(shí)讀取命令（BC和C9），液晶顯示內(nèi)容設(shè)置（BF），本地操作版本（CA），小信號(hào)切除（C7），恢復(fù)出廠設(shè)置（BC）。溫度補(bǔ)償操作時(shí)，實(shí)時(shí)讀取動(dòng)態(tài)壓力值（B4），將補(bǔ)償數(shù)據(jù)下載時(shí)需要多個(gè)命令逐個(gè)發(fā)出（B4 B9 C0 C1 C2 BC），壓力補(bǔ)償進(jìn)入頁(yè)面時(shí)（0E），下載命令（BC）[5,6]。

圖2 HART計(jì)量調(diào)試軟件Fig.2 HART metering debugging software

3 自動(dòng)化計(jì)量

通過(guò)整理歸納出用于壓力計(jì)量自動(dòng)化的HART命令集：

C0：讀取ID值。

C1：讀取PV單位和PV數(shù)值。

C2：讀取PV電流和PV百分比。

C14：讀取PV傳感器信息。

C15：讀取PV變送器信息。

C34：寫(xiě)阻尼系數(shù)。

C40：寫(xiě)固定mA輸出。

C42：重啟復(fù)位。

C43：零點(diǎn)微調(diào)。

C44：寫(xiě)PV單位代碼。

C45：DA微調(diào)4mA。

C46：DA微調(diào)20。

4 結(jié)論

通過(guò)解析上海盛泰克和中科博微上位機(jī)軟件與壓力表頭之間的HART協(xié)議交換過(guò)程，介紹了壓力表實(shí)時(shí)數(shù)值讀取、標(biāo)定校準(zhǔn)、電流標(biāo)定、量程設(shè)置、量程遷移等操作過(guò)程。通過(guò)HART協(xié)議讀寫(xiě)操作，可以實(shí)現(xiàn)壓力送檢設(shè)備的自動(dòng)化計(jì)量。