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HART協議在壓力計量中的研究與應用

作時間：2019-07-19 來源：上海市質量監督檢驗技術研究院作者：康春華

摘要：以壓力表為例，詳細解析了廠家附帶的上位機軟件與壓力表頭之間的HART協議交換過程，從通用命令、常用命令和專有命令3方面介紹了壓力表實時數值讀取、標定校準、電流標定、量程設置、量程遷移等操作過程。通過HART協議讀寫操作，可以實現壓力送檢設備的自動化計量，有益于提高壓力儀表檢定/校準的工作效率以及操作準確度，簡化了計量工作流程，降低了工作強度。在壓力計量操作中，一些送檢儀表需要通過HART協議實現實時數據、儀表量程、校準參數進行讀寫操作。HART協議包括通用命令、常用命令和專有命令。

1上位機解析

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

1.1文件

上傳變送器數據到文件對應命令的字符串數組內容為（A2A18702958C9394969B8F9090C9）；下傳數據文件到變送器對應的為上位機保存*.tra文件；數據恢復發送的字符串數組內容為：（A43A）；打開圖形文件對應操作為打開*.tdd文件；保存圖形文件對應另存為*.tdd文件；退出則軟件關閉界面，終止操作[2]。

1.2操作

聯機測試發送字符串數組內容為（0280000082），為了保證上位機與數顯壓力表頭實現可靠的聯機，程序連續發送5遍；搜索儀表發送4遍地址內容，地址從0～15則對應（808182～8F）；復位儀表發送字符串內容為（8293200000002A001B）；停止通信無字符串內容發送，關閉連接儀表的硬件串口。

1.3環境

環境設置主要包括串口選擇和語言選擇，串口選擇可以對應COM1-COM15，此時列表中顯示的是上位機所檢測到的串口內容，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USB轉232實現的串口[3]。

1.4幫助

幫助部分軟件包括著作版權和聯系方式等信息，用于可以依據相關說明文檔操作壓力表頭的上位機軟件。

2HART設置

2.1功能介紹

對于被檢壓力表頭的參數讀取可以應用HART協議來實現，一般包括：工具欄、參數設置、電流微調、線性校正、溫度補償、數據備份、儀表信息、無源遷移、壓力微調、輸出阻尼和專用參數設置。儀表版本讀取命令字符串為（A2969990），過程監控和主界面實現PV值、mA值和%值的實時讀取，讀取命令字符串包括（9394），寫操作命令字符串包括（C7BCBB），參數設置部分會將所有壓力表頭的設置參數都讀取至上位機，或者將上位機的設置參數傳送至壓力表頭。電流微調包括檢測4mA、檢測20mA、常值電流輸出、退出固定電流輸出，其分別對應的命令字符串內容為（282D2E）。線性校正功能包括量程內校正點數設置（0F94）、增益設置（C0A1BD02）、循環讀取校準溫度AD值（A1），壓力實時AD值（958F9090），上位機軟件可以實現壓力表頭的1～16點的校準操作。數據備份操作命令字符串為（829320000000A30092）。儀表信息部分包括信息讀出（0C0D）、傳送（1112）、短幀地址傳送（06）、長幀地址讀出（10）、長幀地址傳送（13），無源遷移用于修改變送器的上下限值，讀出（0E0F）、傳送（230F）。壓力微調中的低點微調（010FBE01），高點微調（010FBE02），對應零點微調的讀取操作（96）、零點微調（2B）、取消（B9）。輸出阻尼讀出（0F），傳送（2F22）[4]。

2.2盛泰克協議解析

以上位機主頁面操作的協議為例，寫操作發送（C7BCBB）命令，發送C7命令時發送21個字節，接收17個字節，如下：

發送：829320000000C700F6FFFF

接收：869320000000C7020000F0FFFFFF

發送內容中C7為命令字節，00是命令長度字節，F6是校準字節。BC命令發送33個字節，接收27個字節，如下：

發送：829320000000BC0C04FF0707BF4CCCCD3F4CCCCDFAFFFF

接收：869320000000BC0E0000F0FFFFFF

其中，BF4CCCCD對應數值-0.8，3F4CCCCD對應數值0.8，這兩個數值對應壓力表頭的量程上下限數值，FA為校驗字節。BB命令發送43個字節內容如下：

發送：829320000000BB16000000123D003E23D70A3DCCCCCDC22000004220000003FFFF

其中，3DCCCCCD對應阻尼系數值0.1，C2200000對應數值-40，42200000對應數值40。

2.3中科博微協議解析

與上海盛泰克的壓力表頭參數設置類似，沈陽中科博微的表頭及上位機軟件也是應用 HART手操器協議進行數據交換實現參數設置。基本信息頁中寫Poll地址（06）、寫消息（11）、寫標識描述符和日期（12）、寫裝配號（13）、讀消息（0C）、讀標識描述符日期（0D）、讀告警輸出特性，上下限量程和阻尼信息（0F）、讀裝配號（10）。

上位機軟件進入組態頁不斷地刷新動態信息，讀mA和%（02）、讀mA和PV變量及環境溫度（03）、讀傳感器上下限，#小量程（0E）、讀輸出特性、量程上下限阻尼及單位（0F），而實時的壓力值和溫度值都是C3命令讀取上來的。在設置的過程中，量程上限SPAN（24）、量程下限ZERO（25）、主變量零點（2B）。啟動軟件時發送5個FF，電流校準頁校準4mA點（2D），校準20mA點（2E），當選擇下拉列表就觸發固定電流mA輸出命令（28）。變量監視頁，不斷動態刷新（02和03）命令，不斷地循環讀取。而中科博微壓力表特殊命令進入頁面時讀取命令（BC和C9），液晶顯示內容設置（BF），本地操作版本（CA），小信號切除（C7），恢復出廠設置（BC）。溫度補償操作時，實時讀取動態壓力值（B4），將補償數據下載時需要多個命令逐個發出（B4B9C0C1C2BC），壓力補償進入頁面時（0E），下載命令（BC）[5,6]。