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上海泗博 HART转PROFIBUS-DP网关HPM-610应用于水泥行业
——将36个点的温度值送入控制室内的控制系统中
 

关键词：HART总线，PROFIBUS总线，HART/PROFIBUS转换模块

巢湖××公司隶属于“中国企业500强”第57位的中国铁路物资股份有限公司，2009年公司投资六亿元新建一条日产4500吨的水泥熟料生产线，为了的管理和生产，这条线采用了新型干法旋窑生产工艺，计算机*控制系统和生料配料自动跟踪控制系统等新型设备。

整个生产线的自动控制系统由3部分组成：现场设备、PLC室内的各类控制器、控制室内的*控制系统。*控制系统与PLC室内的各类控制器通过PROFIBUS-DP总线进行通讯。控制器负责采集或控制100米以外的各类现场设备。

在回转窑现场，共有36个温度测量点和56个压力测量点。控制系统需要对这些测量点进行实时监控。为节省电缆的成本，这些测量点上的仪表都是两线制 （两根电源线），其中36个温度变送器采用HART通讯协议。上海泗博自动化的HART转PROFIBUS协议网关HPM-610在这里将现场温度变送器 的HART协议数据转换为PROFIBUS数据上传到控制系统。

上图为现场的布线示意图，其中从回转窑到PLC控制室引3对长达200米的24V电源线。每对电源线在现场部分并联了12台温度变送器，在PLC控制室部分连接三台HPM-610和24V电源。

HART协议在仪表上应用广泛，它以电源线为通讯介质，并允许一对电源线至多可接15台现场仪表。用HART协议可读取仪表的测量值，输出值等，还可以对仪表进行校准，设置等维护工作。

HPM-610作为HART协议转PROFIBUS协议的网关，它zui多可带15台现场HART协议设备。在此应用中，它将读到的12台温度变送器的 温度值映射到PROFIBUS总线，这样控制室内的控制系统通过寻址HPM-610网关就可以读到每个温度变送器所测量的值，并进行相应的处理工作。

HART 协议zui初是由美国Rosemount公司开发，并在中国已应用了多年，多见于仪表行业。HART信号使用FSK技术，在仪表的4~20mA信号线上传输。 HART协议允许总线上存在2个主机（例如一个用于系统控制，一个用于HART通讯的手抄器），可寻址的从站地址范围0~15。HART协议有单点和多点 两种工作模式，处于单点时，主机只可连接一个0号从站，此时0号从站的4~20mA信号和HART信号都有效。当处于多点时，主机zui多可连接15个从站， 从站地址为1~15且必须各不相同，此时从站的4~20mA模拟信号不再有效（固定输出4mA），系统以HART通讯的方式来获得测量值。以这种方式构成 的控制系统可以显著的降低现场布线的费用和设备输入设备，这对控制系统的成本又重要价值。

HART的命令分为3大类：通用命令，普通命令，特殊命令。其中通用命令是所有HART设备所必须具备的；普通命令包含对多种设备的操作，不同设备可以选择支持不同的普通命令；特殊命令用于给设备提供的功能。

zui常用的命令包括0，1，6。
0号命令将读取设备的信息，如厂家ID、设备类型等。
1号命令将读取设备的主变量值，如温度值，压力值等。主变量的数值都用4个字节的浮点数表示。
6号命令用来修改设备的地址，通常HART设备的出厂默认地址为0， 所以为了更改设备的地址，首先通过0号命令来寻址到设备，然后通过6号命令来修改设备的地址。

PROFIBUS， 是一种化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化 和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间 级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的zui大优点在于具有稳定的标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加 工制造．过程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中 PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40％。PROFIBUS有自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提 供广泛的新产品和技术服务。

在此案例中，需要对HPM-610及现场HART设备做如下操作：

1. 设置每台HART从站协议设备的短地址
2. 在HT-123中配置HPM-610读写HART从站协议设备参数的命令
3. 设置PROFIBUS地址
4. PROFIBUS-DP主站控制系统中导入HPM-610的GSD文件并进行相关组态

为了进行HART的多点连接，首先要为每台设备设置不同的地址。通常用HART手抄器就可以方便地对设备进行地址的修改，在没有HART手抄器的情况下，用HPM-610和配套配置软件HT-123也可以修改HART从站设备的地址。方法如下：

1.1 将一台HART设备连到

网关；

1.2 在HT-123中，配置HPM-610的HART通道参数为单点，添加一个0号节点，并为其配置1号命令和6号命令。其中1号命令配置为：接收数据长度 7，轮询输出；6号命令配置为：发送数据长度 1，接收数据长度4， 逢变输出。

1.3 通过拨动网关下方的1号拨码开关令网关进入调试模式。将网关的RS232接口与电脑连接，zui后给网关通电源。

1.4 用网关配置软件HT-123里的“诊断”功能和0号节点中的6号命令就可以

依次为每台仪表设置完地址后，就可以进行HART的多点通讯组网，首先根据下图将设备连到HART总线上。

图2

在网关配置软件HT-123中配置网关的HART通道网络模式为多点，添加12个节点，为每个节点配置1号命令，1号命令的输入数据长度设为7。

HPM- 610在HART侧作为主站，在PROFIBUS侧作为从站。HPM-610提供两种方法设置PROFIBUS地址：一个是通过配置软件HT-123设 置，然后再下载到网关里；另一个比较方便的是通过网关面板上的“SET”按钮来设置。具体的设置方法请见说明书。设置完成之后重启网关，PROFIBUS 的地址将会显示在网关的数码管上。

现场有36台温度变送器仪表，其中每12台温度变送器仪表需要连接1台HPM-610，如上图所示，需要使用3台HPM-610才能将现场36台温度变送器仪表的数据读取上来。

在控制系统中导入HPM-610的GSD文件，本例中需要读取的每台HART从站设备的数据有7个字节，则一台HPM-610连接12台HART从站，共 需要7×12=84个字节，因此在每个HPM-610的对应槽位中拖入（2+8+32）个WORD即可。

每台温度变送器对网关HPM-610发出的1号命令做出的响应字节中的后4个字节组成一个浮点数表示变量值。因此在PROFIBUS-DP主站中根据公 式：“7*（设备地址-1）+3”来确定每个设备变量在数据块中的存放起始地址。然后查看方式选为real型，即可读出现场设备的变量值（温度值）。

四、总结

在该系统中，应用上海泗博自动化的HART转PROFIBUS网关HPM-610的优势在于：

• 降低了布线的成本，若每米电缆的价格是7元，那么12个设备的电缆价格就要超过1万6；
• 提高了控制能力，通过HPM-610网关，直接将仪表的测量值通过PROFIBUS总线传到了控制系统。控制系统可以直接读出现场测量值，方便了以后的处理工作。