化工自动化及仪表,1999,26(4):36～40计算机应用ControlandInstrumentsinChemicalIndustry基于HART协议的DCS接口卡设计厉卓恒,施一明,金建祥,赵鹏程(浙江大学工业控制研究所,杭州310027)摘要:讨论了基于HART协议的DCS接口卡的硬件和软件设计,并阐明了它应用于DCS的意义。本接口卡的实现将工厂自动化的基础网络从DCS向下推到了现场一级;用户可以在DCS上远程修改现场符合HART协议的智能仪表的量程、单位、阻尼值等这些原本要到现场才能调校的参数,并能向现场仪表下载/读取位号,建立了现场网络管理的雏形。关键词:HART协议;集散控制系统;现场总线;互操作性中图分类号:TP334.7文献标识码:B文章编号:100023932(1999)04200362051引言方式,受到了极大的关注,它是适用于过程控制装过程工业的现场设备向数字化、网络化的变置的通讯协议。为了保留传统4～20mA模拟信迁是过程控制领域的必然趋势。现场总线技术具号的传输,HART设备提供了用于工业环境的低有节约布线费用、操作灵活、可实现网络管理、可带宽、中等响应时间的通讯功能。典型应用包括实现互操作等优点,因此它已成为公认的过程控过程变量远程查询、参数设置和诊断等。依据我制的发展方向。但是过程控制经50多年的发展国过程工业现场设备的实际情况,HART技术在和积累,用户已经在传统的模拟式一次仪表加现阶段有着强大的生命力。基于HART协议的DCS的体系结构上投入了巨大的资金,而现场总DCS接口卡(以下简称DCS2HART接口卡)的设计线控制系统在功能上还不能完全取代已经发展得成功,使DCS初步具有现场总线控制系统的功比较完善的DCS。所以,尽管现场总线技术有种能。种优点,但现场总线控制系统不可能一蹴而就取本接口卡的设计目的是通过HART协议的实代现有的DCS[1],应该让用户在心理上和技术上现,在原有DCS功能的基础上,让用户能在操作都有一个转变期。在这种情况下,HART协议作为一种兼容原有4～20mA模拟信号的数字通讯收稿日期:1999-06-23}函数体caseDLL—PROCESS—DETACH:}{SampDll.def文件:break;LIBRARYSampDll}DESCRIPTION’DLLfor}Sample’returnTRUE;CODEPRELOADMOVEABLE}DISCARDABLE∥采样函数DATAPRELOADMOVEABLESINGLEEXPORTintFARPASCALAD—Aquire(intch)HEAPSIZE1024{EXPORTSAD—Aquire第4期厉卓恒等.基于HART协议的DCS接口卡设计·73·站上实时观察现场HART仪表的过程变量,组态态。变压器实现了DCS2HART接口卡和通讯链路量程、单位、阻尼时间、位号等参数,并实时监测的耦合,将HART通讯所产生的±0.5mA的HART仪表的在线状态。从而实现对现场仪表的Bell202FSK电流信号强行叠加到采样电阻上。采远程管理。样电阻(Rsample=250Ω)是电流/电压转换器件,2硬件设计将±0.5mA的Bell202FSK电流信号转换成±2.1硬件结构的总体设计125mV的电压信号。DC/DC器件(5V/24V)用于DCS2HART接口卡的硬件原理框图如图1所向通讯链路隔离供电。示。本接口卡硬件设计的难点在于使它完全符合MPU通过串行口2和DCS通讯,通过串行口HART协议规定的物理层规范,从而实现HART1和现场仪表通讯,并根据卡件处于工作状态还产品之间的互操作性。是冗余状态来输出控制信号以决定DC/DC器件2.2微处理器的选择是否向通讯线供电。MODEM用于将MPU发出的DCS2HART接口卡不仅要和DCS通讯,而且数字信号转化为HART协议物理层规定的要和现场仪表通讯。两者的实时性要求都很高,Bell202FSK信号。从MODEM发给通讯链路的波与DCS的通讯是每50ms一次,波特率为形和从链路上接收到的波形都需要用运放放大、156.25kbps,与HART仪表的通讯一刻不停,波特驱动。模拟开关用于切换接收和发送两个工作状率为1200bps。操主数MM据串行口2O作控转P串行口1D发E站卡卡UM卡件冗余控制放大模拟开关DC/DC24V变压器DCS2HART接口卡采样电阻●LOOP+接现场仪表●LOOP-图1DCS2HART接口卡的硬件原理框图本接口卡选用带有两个UART的微处理器表不必从别处另接电源。本接口卡使用DC/DC器