HART通信协议V1.7(C9-C33-C132).doc

HART通信协议VER 1.6一概述 HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1200bps。由于FSK信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。在应用层，HART规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、执行的命令；第二类称为普通应用命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现；第三类称为设备专用命令，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。二含义1、 主机（Master）：分为第一主机和第二主机，它能连接在HART网络上，发出命令与从机通讯；2、 从机（Field Device）：连接在过程控制现场中，具有测量、计算多种变量功能，并能与主机进行HART通讯的设备；3、 长帧（Long Frame）：地址Address由5字节组成的HART数据帧，所有的HART命令都支持长帧数据帧。长帧地址各字节含义如下图所示：制造商ID号（Manufacturer ID）由HART基金会分配；在生产中，同类型设备序列号唯一，并且永不重复。广播地址使用长帧结构，低38 BIT全为0。厂商指定的设备类型（Decive Type）与制造商ID满足下表要求；4、 短帧（Short Frame）：地址Address由1字节组成的HART数据帧，短帧只有通用命令Command 0能够使用，短帧字节含义如下：所有的HART从机都支持长、短帧。5、 请求帧（STX）：由主机（如手抄器）向从机（现场设备）发出请求数据命令；6、 应答帧（ACK）：从机回复给主机的数据；7、 前导符（Preamble）：发起命令（数据）传输的设备在传输数据帧前发送的0xFF字符，发送该字符的数量一般为520个，该数量可以通过命令来改变；前导符的使用是为了使数据接收端在硬件电路上产生CD载波检测信号，以实现数据通讯的同步。8、 定界符（Delimiter）：表示数据帧传输的开始，指明数据的传输方向、物理层类型，同时它也指定了数据帧的帧类型（长、短帧），其含义内容如下： 定界符Delimiter字节含义9、 地址（Address）：由定界符Delimiter指定为短帧（1字节）或长帧（5字节）两种类型，长、短帧释义如前述；10、 扩展字节（Expansion Bytes）：本公司目前的HART协议版本保留，为0；11、 命令（Command）：功能码，指明一个数据帧的具体实现功能，命令有通用命令、 普通应用命令、设备专用命令三大类；12、 数据字节数（Bytes Count）：指实际的数据Data的数量；13、 数据（Data）：设置或读取指定从机的参数数据（通信的最终结果）；14、 校验字节（Check Byte）：从定界符（Delimiter）到数据（Data）的所有字节的异或值，即纵向校验。三HART通讯规范1、 通信帧格式：由前导符和数据帧构成，各数据域释义如上 通信帧格式2、 通讯速率：1200Bps；3、 通讯信号：Bell202标准的FSK频移键控信号，1200Hz代表数字1，2200Hz代表数字0；4、 数据格式（11位）：1位起始位、8位数据位、1位停止位、1位校验位，字节奇（Odd）校验；5、 应答数据帧的数据个数（Bytes Count）至少为2字节，这两个字节分别为响应码（Response Code）和设备状态码（Field Device Status）；6、 响应码格式：从机回复给主机的命令执行情况代码，当通讯出错时，响应吗最高位bit7=1，这时设备状态码无实际意义；当bit7=0时，表示通讯正常，余下6 bits表示命令执行情况的响应。7、 通讯正常时响应码（bit7=0，低6 bits）：* 具体含义因不同命令而定，可查看相关的HART命令资料。响应代码响应码含义响应代码响应码含义0x00执行成功0x02错误的命令0x03设置参数太大0x04设置参数太少0x05接收的数据太少0x06专用命令错0x07处于写保护模式0x081、更新失败2、设置为接近值3、延时响应0x091、低限范围值太大2、不正确的电流模式0x0a1、低限范围值太小2、无效的就地锁定0x0b1、上限范围值太大2、多从机模式3、无效设备变量代码4、调整超范围5、不能就地锁定0x0c1、上限范围值太小2、无效单位代码3、无效的模式选择4、无效的插槽号0x0d1、上、下限范围值超标2、计算错误3、无效的命令号0x0e1、量程太小2、设置的下限值引起上限值改变而超出传感器极限0x0f无效的模拟通道号0x10访问受限0x11无效的设备变量索引0x12无效的单位代码0x13设备变量的应用不合理0x14无效的扩展命令号0x1c不支持的单位代码0x20忙0x21延迟响应开始0x22延迟响应进行中0x40命令不能执行8、 通讯出错时响应代码（bit7=1）含义如下：响应代码通讯出错含义0xc0接收字节字节奇校验出错0xa0接收缓冲区数据覆盖错0x90没有接收到停止位出错0x88校验字节出错0x82接收缓冲区溢出9、 设备状态码：含义如下响应代码设备状态含义0x80设备故障0x40配置参数改变0x20设备冷启动0x08环路电流固定模式0x04环路电流饱和0x02设备变量（没有映射到主变量）超限0x01主变量超出极限10、 数据类型：HART通讯协议支持以下类型的数据：字符串Str、日期Date、单或双精度浮点数Float、无符号整型数Unsigned、有符号整型数Signed、联合体Enum或位Bit。数据传输顺序：MSB至LSB。1）字符串：字符串支持标准的拉丁字母Latin和封装格式Packed的ASCII码，拉丁字符每个字母占1个字节；封装格式的ASCII码每字母占1个字节的6位，因此，每4个字母封装在3个字节中，在使用过程中需要打包和解包操作。2）浮点数：满足IEEE754标准要求，单精度浮点数用4个字节表示，双精度浮点数用8个字节表示。不可识别的浮点数用0x7f、0xa0、0x00、0x00表示。11、 设备变量状态（Device Variable Status）：所有需要周期处理的数据（如设备变量和动态变量）都包含一个设备变量状态字节，其内容定义如下：默认0xc0 设备变量状态字节含义四HART应用命令命令有通用命令、 普通应用命令、设备专用命令三大类，通用命令是所有的HART现场设备都必须响应的命令；普通应用命令只被设备部分应用；设备专用命令是生产商根据需要制定的命令。（一）通用命令1. Command 0：读唯一标识1）短帧请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x020x00|00xxxxxxNULL00NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x060x00|00xxxxxxNULL019状态+数据XOR异常响应0x060x00|00xxxxxxNULL02状态XOR注：状态=通讯状态+设备状态，其含义如前述，以下不再赘述。2）长帧请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL00NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL021状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL02状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Unsigned8254统一固定值N1-2Enum未定产品设备类型ID，由厂商定义，HCF 登记N3Unsigned85主设备到从设备的最少同步前导码数量N4Unsigned80x07通用命令版本号，版本7N5Unsigned80x01设备版本水平N6Unsigned80x01设备软件版本（254和255保留）N7Unsigned5Enum0x01高5位表示硬件版本号（31保留）低3位表示物理信号为Bell202 电流信号N8Bits0x08保留N9-11Unsigned24设备ID ，同种类型设备的序列号N12Unsigned85从设备到主设备的最少同步前导码数量N13Unsigned80x01最大设备变量数，主设备希望能读取的设备变量的个数。N14-15Unsigned16配置改变记数器N16Bits00x010x02扩展设备状态。0 设备正常0x01 设备没有故障但需要维护0x02 设备变量报警状态N17-18Enum未定制造商ID，由HCF分配N2. Command 1：读主变量请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL10x00NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL17状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL12状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Enum对应的变量单位，见附表1单位代码N1-4Float单精度浮点数表示主变量的值N3. Command 2：读环路电流和量程百分比请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL20NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL210状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL22状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-3Float单精度浮点数表示环路电流值mAN4-7Float单精度浮点数表示主变量占量程的百分比N4. Command 3：读动态变量和环路电流注：本公司压力变送器只有1个动态变量，即主变量请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL30NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL311状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL32状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-3Float单精度浮点数表示主变量对应环路电流值mAN4Enum动态变量单位N5-8Float单精度浮点数表示动态变量的值N5. Command 6：设置轮询地址请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL62数据XOR请求帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Unsigned8Polling Addr设置的轮询地址 （015）Y1Enum0、10=环路电流禁止；1=环路电流允许Y响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL64状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL62状态 XOR 正常响应帧数据内容同请求帧注：现场设备在制造时就设置轮询地址为0，并且环路电流被允许，这是为了保证HART现场设备能够接到一个只有模拟信号的现场装置。当轮询地址设置为0时，从设备必须同时工作在环路电流模式（一对一），电流和基本变量值相关联；当轮询地址设置其它值时，从设备必须同时工作在非环路电流模式（一对多），电流设置为能够维持操作的最小值。6. Command 7：读环路配置请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL70NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL74状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL72状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Unsigned8Polling Addr设置的轮询地址N1Enum0、10=环路电流禁止；1=环路电流允许N 7. Command 8：读动态变量分类请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL80NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL83状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL82状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Enum65 (0x41)动态变量分类（压力类型）N8. Command 9：读设备变量和状态通过Command 9，最多可读取4个设备变量。分别是：第1变量：压力值（主变量）第2变量：电流值第3变量：百分比值第4变量：温度值请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL91 40 3XOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL99 - 33状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL92状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Bits0x00扩展设备状态N1Unsigned-80x00设备变量代码N2Enum0x41动态变量分类N3Enum 单位，见附表1单位代码N4-7Float单精度浮点数表示主变量的值N8Enum0xc0设备变量状态（变量正常、没有限制）N9Unsigned-80x00设备变量代码N10Enum0x41动态变量分类N11Enum 单位，见附表1单位代码N12-15Float单精度浮点数表示主变量的值N16Enum0xc0设备变量状态（变量正常、没有限制）N17Unsigned-80x00设备变量代码N18Enum0x41动态变量分类N19Enum 单位，见附表1单位代码N20-23Float单精度浮点数表示主变量的值N24Enum0xc0设备变量状态（变量正常、没有限制）N25Unsigned-80x00设备变量代码N26Enum0x41动态变量分类N27Enum 单位，见附表1单位代码N28-31Float单精度浮点数表示主变量的值N32Enum0xc0设备变量状态（变量正常、没有限制）N 注：当试图要读取的设备变量（最多4个变量，变量个数任意读取，读取第二变量必须读取第一（主）变量，读第三变量必须读取第一、二变量）9. Command 11：以短标签方式读唯一标识请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL116TagXOR响应帧数据内容同Command 010. Command 12：读信息请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL120NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL1226状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL122状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-23PackedMessage设备包含的信息（Packed格式）N11. Command 13：读短标签、设备描述符和日期请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL130NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL1323状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL132状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-5PackedTag短标签N6-17PackedDescriptor设备描述N18-20DateDate Code日期N12. Command 14：读主变量传感器信息传感器序列号、极限/最小量程单位代码、传感器上限、传感器下限、主变量最小量程请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL140NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL1418状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL142状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-2Unsigned24传感器序列号N3Enum主变量单位，见附表1单位代码N4-7Float传感器上限值N8-11Float传感器下限值N12-15Float传感器最小量程N13. Command 15：读设备信息报警码、传感器功能码、主变量单位、主变量上下限值、阻尼、写保护、产品发行人、是否有模拟信号连接在通道上请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL150NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL1520状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL152状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0Enum0xef主变量报警选择码（保持最后输出值）N1Enum0x000x01主变量传输特性0x00：线性输出0x01：平方根输出N2Enum主变量单位，见附表1单位代码N3-6Float主变量上限值N7-10Float主变量下限值N11-14Float主变量阻尼（单位：秒）N15Enum写保护，0=没有写保护；1=写保护；251=没有写保护功能N16Enum生产商标志码（同制造商ID是否应固定为250 ？）N17Bits0x01如果该位为1则这个现场设备有一个ADC连接这个通道N14. Command 16：读最终装配号请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL160NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL165状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL162状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-2Unsigned24装配号指定设备材料和电子构成N15. Command 17：写信息请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL1724数据XOR请求帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-23Packed写入的信息内容Y响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL1726状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL172状态 XOR 正常响应帧数据内容同响应帧16. Command 18：写短标签、设备描述符和日期请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL1824数据XOR请求帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-5PackedTag短标签Y6-17Packed设备描述符Y18-20Unsigned-24日期Y响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL1826状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL182状态 XOR 正常响应帧数据内容同响应帧17. Command 19：写最终装配号请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL193数据XOR请求帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-2Unsigned-24最终装配号Y响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL195状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL192状态 XOR 正常响应帧数据内容同请求帧18. Command 20：读长标签请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL200NULLXOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL2034状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL202状态 XOR 正常响应帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-31Latin-1长标签N19. Command 21：以长标签方式读唯一标识请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL2132数据XOR请求帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-31Latin-1长标签内容N响应帧数据内容同Command 020. Command 22：写长标签请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL2232数据XOR请求帧数据内容字节数据类型值说明可更改0-31Latin-1长标签Y响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL2234状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL222状态 XOR 正常响应帧数据内容同请求帧（二）普通应用命令1. Command 33：读设备变量通过Command 33，可读取最多5个设备变量。分别是：第1变量：压力值（主变量）第2变量：电流值第3变量：百分比值第4变量：温度值第5变量：传感器电压值* 注：HART 6规定设备变量数不超过4个，以上“第5变量” 仅供我公司内部使用，HART认证时将屏蔽该变量；请求帧STX：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte0x820x00|38 bits IDNULL331 50 4XOR响应帧ACK：DelimiterAddressExpansionBytesCommandBytesCountDataCheckByte正常响应0x860x00|38 bits IDNULL336 - 30状态+数据XOR异常响应0x860x00|38 bits IDNULL332状态 XOR 正常响应帧数据内容0Unsigned-80x00第1变量N1Enum单位：（主变量单位），见附表1单位代码N2 - 5Float 主变量N6Unsigned-80x01第2变量N7Enum单位：mA，见附表1单位代码N8 - 11Float 电流值N12Unsigned-80x02第3变量N