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工業(yè)以太網(wǎng)，是指其在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容，但材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度和適用性方面應(yīng)能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，為所有的編程語言所支持；軟硬件資源豐富；易于與Internet連接，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫連接；可持續(xù)發(fā)展的空間大等等。
經(jīng)過近20年的發(fā)展，HART協(xié)議已經(jīng)成為過程自動(dòng)化儀表常用的標(biāo)準(zhǔn)。可與4~20mA兼容是其最大的優(yōu)點(diǎn)。通過HART協(xié)議，用戶可以讀取儀表的各項(xiàng)信息，如測(cè)量值、廠家信息、工位信息等；還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)：如調(diào)零，配置傳感器參數(shù)等。
上海泗博自動(dòng)化技術(shù)有限公司的HME-635網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與HART儀表的互聯(lián)。HME-635的典型應(yīng)用如下圖所示：
以下通過一個(gè)示例來說明如何使用網(wǎng)關(guān)HME-635進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)HART儀表與工業(yè)以太網(wǎng)的互聯(lián)。
假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)有一臺(tái)支持HART協(xié)議的流量計(jì)，用戶想通過以太網(wǎng)來讀取該流量計(jì)的累計(jì)流量值，并且希望在適時(shí)的時(shí)候，來復(fù)位這個(gè)累計(jì)流量值。
首先需要做的是確定整個(gè)工程方案：兩種不同的網(wǎng)絡(luò)相連，必須要有一個(gè)網(wǎng)關(guān)來作為“通訊的橋梁”。在以太網(wǎng)這邊，常用的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有：Modbus TCP，EtherNet/IP，PROFINET等，這里我們選擇常用的Modbus TCP。在HART這邊需要一個(gè)HART主站來讀取現(xiàn)場(chǎng)儀表（HART從站）的信息。為了以后應(yīng)用的擴(kuò)展，要求HART主站最好支持全部的HART命令。上海泗博自動(dòng)化技術(shù)有限公司的HME-635網(wǎng)關(guān)能解決HART與以太網(wǎng)的互聯(lián)問題。它在以太網(wǎng)側(cè)支持Modbus TCP協(xié)議或Ethernet/IP協(xié)議，在HART側(cè)可做HART一類主站或二類主站，并且支持全部HART命令。網(wǎng)關(guān)HME-635有三個(gè)HART通道，每通道相互獨(dú)立，每通道最多可接15臺(tái)儀表。
然后需要做的是配置命令：使用HME-635的配套軟件HTConfig可以對(duì)HME-635進(jìn)行HART命令和以太網(wǎng)參數(shù)的配置。配置以太網(wǎng)的參數(shù)如下圖所示：
配置HART命令前，首先需要做的是確定儀表的接線方式和相關(guān)HART命令號(hào)。
HART協(xié)議支持單點(diǎn)連接和多點(diǎn)連接，單點(diǎn)連接就是只接一臺(tái)地址為0的儀表，此時(shí)儀表既輸出4~20mA信號(hào)，又可進(jìn)行HART通訊。儀表出廠時(shí)的默認(rèn)配置均是0號(hào)地址。多點(diǎn)連接時(shí)，根據(jù)協(xié)議規(guī)定，HART線路最多可連接15臺(tái)儀表，儀表地址從1到15，此時(shí)每個(gè)儀表固定輸出4mA，即不再輸出4~20mA信號(hào)。每臺(tái)HART儀表內(nèi)部有多個(gè)參數(shù)供HART命令來讀取或設(shè)置，這里我們假定儀表內(nèi)的1號(hào)變量（即主變量PV值）就是累計(jì)流量，它實(shí)時(shí)變化。廠家定義的145號(hào)命令用于復(fù)位累計(jì)流量，它被復(fù)位時(shí)（置0）不起作用，被置位時(shí)（置1）將復(fù)位累計(jì)流量（儀表具體的變量分配和命令功能，需參考儀表附帶的HART命令集）。
在HART協(xié)議里，1號(hào)命令是用來讀儀表的主變量，儀表的響應(yīng)數(shù)據(jù)格式為：
其中前兩個(gè)響應(yīng)字節(jié)是通訊狀態(tài)，一般不需要關(guān)心；
第三個(gè)字節(jié)是變量的單位，如℃，bar等；
后面四個(gè)字節(jié)是變量的值，HART儀表變量的值都是以IEEE 754浮點(diǎn)數(shù)形式表示的，并且是高位在前。
顯然，1號(hào)命令有7個(gè)字節(jié)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。
HART命令分為三種，一種是通用命令，這是HART儀表必須支持的；一種是常用命令，這是HART儀表可以選擇支持的；另外一種是專有命令，是廠家可以自定義的。這里假定的145號(hào)命令即為廠家自定義的命令，用來復(fù)位該流量計(jì)的累計(jì)流量。假設(shè)145號(hào)命令數(shù)據(jù)有一個(gè)字節(jié)，用來表示是否復(fù)位累計(jì)流量，它的響應(yīng)數(shù)據(jù)有3個(gè)字節(jié)，前兩個(gè)是通訊狀態(tài)，最后一個(gè)是復(fù)位結(jié)果，1表示復(fù)位成功，0表示沒有復(fù)位。
請(qǐng)求數(shù)據(jù)：
響應(yīng)數(shù)據(jù)：
顯然我們需要實(shí)時(shí)的讀取累計(jì)流量，而根據(jù)需要來復(fù)位累計(jì)流量。因此讀累積流量應(yīng)該是一種輪詢行為，而復(fù)位動(dòng)作是一種“時(shí)間驅(qū)動(dòng)”行為。HME-635網(wǎng)關(guān)針對(duì)這種應(yīng)用為每條HART命令提供了可選的4種命令執(zhí)行方式—輪詢輸出、初始化輸出、逢變輸出、不輸出。定義如下：
輪詢輸出——該命令周期性發(fā)送，周期由輪詢時(shí)間和總的輪詢命令條數(shù)決定。
初始化輸出——該命令僅在上電后執(zhí)行一次，以后不再執(zhí)行。
逢變輸出——該命令在輸出數(shù)據(jù)有變化時(shí)才執(zhí)行。
不輸出——該命令不輸出。
根據(jù)前文的分析，1號(hào)命令應(yīng)該配置為“輪詢輸出”，且輸入數(shù)據(jù)（接收數(shù)據(jù)）長度應(yīng)該為7。
145號(hào)命令應(yīng)該分配為“逢變輸出”，且輸出數(shù)據(jù)（發(fā)送數(shù)據(jù)）長度為1， 輸入數(shù)據(jù)長度應(yīng)該為3。
因此網(wǎng)關(guān)的HART命令配置如下圖所示：
圖中其他參數(shù)意義如下：
發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)存起始地址：設(shè)定該命令輸出數(shù)據(jù)的內(nèi)存起始地址，范圍3000~4999；
發(fā)送數(shù)據(jù)的寄存器起始地址：該屬性為網(wǎng)關(guān)自動(dòng)算出的，主要為方便用戶進(jìn)行寄存器尋址；
發(fā)送數(shù)據(jù)長度（byte）：用來設(shè)定該命令輸出數(shù)據(jù)的長度；
發(fā)送數(shù)據(jù)長度（word）：該屬性為網(wǎng)關(guān)自動(dòng)算出，主要為方便用戶查看輸出數(shù)據(jù)長度，1word=2bytes；
接收數(shù)據(jù)內(nèi)存起始地址：設(shè)定該命令輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址，范圍0~2999。響應(yīng)數(shù)據(jù)僅包括HART幀中的數(shù)據(jù)域，關(guān)于HART的幀結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考HME-635說明書附錄B；
接收數(shù)據(jù)的寄存器起始地址：該屬性為網(wǎng)關(guān)自動(dòng)算出的，主要為方便用戶進(jìn)行寄存器尋址；
接收數(shù)據(jù)長度（byte）：用來設(shè)定該命令輸入數(shù)據(jù)的長度；
接收數(shù)據(jù)長度（word）：該屬性為網(wǎng)關(guān)自動(dòng)算出，主要為方便用戶查看輸出數(shù)據(jù)長度，1word=2bytes；
命令索引值：為配置軟件自動(dòng)算出，表明該命令在所配置的命令表中的索引值。
將此配置下載到網(wǎng)關(guān)中。（具體下載方式詳見HME-635說明書）。
最后需要做的是利用以太網(wǎng)來讀數(shù)據(jù)和進(jìn)行復(fù)位操作。
Modbus TCP主站需使用04號(hào)功能碼來讀取HME-635的數(shù)據(jù)。如讀取網(wǎng)關(guān)的0~4號(hào)寄存器，就可以讀出網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的前8個(gè)字節(jié)，其中前7個(gè)為我們需要要的1號(hào)命令的響應(yīng)數(shù)據(jù)。
配置為“逢變輸出”的HART命令需要輸出數(shù)據(jù)發(fā)生變化才會(huì)發(fā)出，因此一般情況下145號(hào)命令是不會(huì)發(fā)送的，當(dāng)我們使用Modbus TCP的6號(hào)功能碼來改變網(wǎng)關(guān)的1500號(hào)寄存器的高位（對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)的地址為3000的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)），那么網(wǎng)關(guān)就會(huì)執(zhí)行一個(gè)145號(hào)HART命令，并且命令數(shù)據(jù)為用戶寫入的數(shù)據(jù)。因此，如果我們想要復(fù)位累計(jì)流量值，只需要先在網(wǎng)關(guān)1500號(hào)寄存器的高位寫0，再寫1， 那么網(wǎng)關(guān)就會(huì)執(zhí)行一條145號(hào)HART命令并且復(fù)位流量計(jì)的累計(jì)流量。
總結(jié)：利用網(wǎng)關(guān)HME-635 可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與HART儀表的互聯(lián)，方便了儀表與集中控制系統(tǒng)的整合，有利于企業(yè)在不改變現(xiàn)有儀表的情況下對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行改造。HME-635網(wǎng)關(guān)強(qiáng)大的配置功能也滿足了各種不同的控制需求。
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