丁伏林

（苏州市吴江区检验检测中心，江苏 苏州 215200）

HRT-710 是台湾泓格（ICP DAS）生产的MODBUS 与HART 工业协议转换器，其在众多自动化控制领域中被广泛运用。压力仪表的数据通信接口包括：串口RS232/485、网口RJ45 和HART 电流环。压力计量系统通过上述通信接口实现压力仪表的数据实时监控和出厂及周期标定。在工业仪表现场很多压力仪表受接线限制，只能通过HART 协议采集4mA ～20mA 电流环上的数据，应用HRT-710 就能很好地实现数据的采集和仪表计量标定，大大简化了压力仪表计量的操作流程[1]。

图1 HRT-710的模块区块图Fig.1 Block diagram of HRT-710

1 工业网关

HRT-710 是Modbus 从站转HART 主站的网关，允许Modbus 主站所下达的命令通过此模块来快速存取HART 从站设备。通过配套的上位机工具软件HG Tool 在无需修改程序的情况下，快捷方便地设置HRT-710 的模块参数并快速存取HART 设备的信息。HRT-710 支持下列 Modbus 功能 码（Function Code）：01-Read Coil Status，读 取Modbus装置之数字输出状态；02-Read Input Status，读取Modbus装置之数字输入状态；03-Read Holding Registers，读取Modbus 装置之模拟输出状态；04-Read Input Registers，读取Modbus 装置之模拟输入状态；05-Write Single Coil，写入Modbus 装置之单点数字输出值；06-Write Single Register，写入Modbus 装置之单点模拟输出值；15-Force Multi. Coils， 写入Modbus 装置之多点数字输出值；16-Write Multi. Registers，写入Modbus 装置之多点模拟输出值。COM 端口规格：支持RS-232/ RS-422/ RS-485 通讯接口，9-pin 端子，传输速率1200 bps ～115200 bps，数据格式/数据位：7/8，校验：None/Odd/Even，停止位：1/2。

HART 规格：支持1 个通道的连接，2-pin 接线端子，支持HART 主站操作模式，且支持所有HART 命令，支持HART 短帧及长帧通讯格式，点对点（Point to Point）及多点通讯网（Multi-drop），最大支持同时15 个HART 设备通讯，同时100 个用户命令及32 个系统默认命令。为了数据传送/接收之稳定及数据易于辨识，HRT-710 在同一时间，仅能使用其中一种串行通讯连接（RS-232 或RS-485 或RS-422）。例如：HRT-710 的RS-232 通讯端口是采用三线式通信连接，将HRT-710 的TX 脚位与RS-232 设备的RX脚位连接，而HRT-710 的RX 脚位与RS-232 设备的TX脚位连接，接地端对接即可[2]。

图2 两线制内置250Ω接线图Fig.2 Wiring diagram of two wire system with 250Ω

2 硬件连接

HART 回路接线方式分为两种：“点对点”模式和“多点”模式。现场压力仪表计量多采用一对一方式进行连接采集和计量校准，压力计量仪表分为两线制和四线制，两线制的有压力变送器、差压变送器、远传压力表，而四线制的有压力控制器、一体化压力记录仪等。在HRT-710 模块中，有一个跨接器（JP4），该跨接器可提供HART 通讯250Ω（1/4 w）的电阻，当JP4 的1 和2 脚位短接时，该电阻将会连接到HART 的通讯网络上；反之，当JP4 的2 和3 脚位短接或JP4 空接时，该电阻将不会连接到HART 通讯网络上。JP4 的1 和2 脚默认是短接模式[3]。

“点对点”模式时，模拟信号用来进行主要变量的信息传递，数字信号则可用于其他变量及数据的存取、维修和诊断的目的。在此模式下，HART 通信网络中仅允许存在1个HART 从站设备且地址必须为0[4]。

图4 四线制内置250Ω接线图Fig.4 Wiring diagram of four wire system with built-in 250Ω

图5 HRT-710实现协议转换示意图Fig.5 Schematic diagram of protocol conversion in HRT-710

3 压力计量

建立PC 与模块之通讯联机，连接PC 与HRT-710 模块间的Com Port 通讯端口，打开工具程序HG_Tool.exe，若与模块的通讯连接成功，则交通号志图标会显示为绿灯。删除HRT-710 之前预设的内容，加入新的HART 设备设定内容，选择“Auto Configure”选项为“Enable”或者“Disable”，点选“Save to Device”钮来触发储存HART设备设定内容至HRT-710 模块。点选“Device Information”功能选项，点选鼠标右键，并点选“Basic operation”选项，如果连接正常，窗口表格中显示不同的数字，否则表格中的数字都为0。当新增HART 设备时，HRT-7(3)10 模块会自动产生两个预设命令“Default CMD(0)”及“Default CMD(3)”，分 别是HART 命令0 及命令3。设备多100 个User CMD，Index 值范围0 ～99，其状态值对应MB 位址1050 ～1099，即每个MB 地址表示2 个User CMD 状态值。例如：若MB 地址1050 为0x0200，即1050L 资料为0x00，1050H 资料为0x02，则表示User CMD Index 值=0 之状态为0x00，而User CMD Index 值=1 之状态为0x02[5]。

程序HG_Tool.exe 工具组包含9 个部分功能块，分别为：

1）通信设置（Communication Settings）

2）模块信息（Device Information）

3）模块组态（Device Configuration）

4）预设输出（Default Output Data）

5）地址配置（Address Map）

6）模块诊断（Device Diagnostic）

7）穿透模式（Through Mode）

8）数据格式转换（Format Translation）

图6 HRT-70组态参数信息Fig.6 Configuration parameter information of HRT-70

9）关于（About）

以压力计量仪表为例，压力仪表支持HART 协议，首先选择COM 端口并配置参115200-8-n-1 进行连接，完成通信设置；此时将显示HRT-710 的内部组态，当点选窗口左侧的项目时，在窗口的右侧会显示出该项目的相关信息，如图6 所示。具体的参数包括：System Output 部分（状态重置、自动轮询、手动触发、用户触发命令索引、数据传送）和System Input 部分（状态机、询问次数、回应次数、接收错误次数、错误状态、错误索引和Update 升级）；压力计量仪表的HART 协议栈通常包括一般命令、通用命令和专有命令。HART 支持的命令有：0, 1, 2, 3, 6, 11, 12, 13,14, 15, 16, 17, 18 和19，不同HART 命令会有不同的窗口接口，如图7 所示可以读取压力仪表的PV1、PV2、PV3、PV4 数值及对应单位信息（不同单位在HART 协议中有固定对应的数字编码）[2]。

图7 HART命令读取仪表数据Fig.7 Hart command reading instrument data

压力仪表的计量系统通常涉及到监控和校准两部分。数据监控是通过HRT-710 的modbus 转HART 将两线制压力仪表4mA ～20mA 电流环上采集的数据循环读取至后端数据平台，由于HART 协议的信息包含压力值PV 的单位信息，因而后端平台可以较好地实现数据和对应单位的记录。此外，压力仪表的校准主要用于出厂校准和周期校准，仪表的出厂校准包括多点压力标定、温度补偿、4mA ～20mA 电流环标定（含温度补偿），HART 协议除了支持单一采集之外，也可以用于多个仪表的组网标定，一般支持1 ～15 个被校仪表，而周期标定一般用于压力仪表使用后期的二次标定。由于零点漂移和线性漂移等原因，压力的压力计量特性和4mA ～20mA 输出会出现误差，此时往往应用HART 协议对被校压力仪表进行一对一的压力两点校准和4mA ～20mA 电流输出校准[6,7]。

4 结论

本文介绍了应用台湾泓格HRT-710 实现HART 与Modbus-RTU 的协议转换和后续压力计量系统的搭建过程。压力仪表不同的HART 接线方式及上位机配置软件HG_Tool.exe 的参数配置，详细介绍了基于HART 协议的压力计量系统的设置过程和工作模式。经测试比较，基于HRT-710 的压力计量系统可以较稳定地实现工业压力仪表的数据采集和周期标定，比传统串口RS485 采集更灵活，不受布线限制且功能稳定高效，达到了预期的设计效果。