8通道HART模拟量输入模块如何发送HART命令

1 概述
HART 通信是在4-20mA信号上叠加一个幅值为±0.5mA的正弦波信号，通过调整正弦波的频率来表示信号0和1，如下图所示1200Hz表示1，2200Hz表示0。HART通信是基于请求/响应的方式，即主站向从站发送请求命令，从站收到请求命令后，将数据返回给主站。

图1-1 叠加在4-20mA上的Hart信号

HART命令可以分为以下三类：

接下来以通用HART命令3和设备特定HART命令171为例，介绍西门子8通道HART通信模块6ES7 331-7TF01-0AB0，如何发送命令给仪表，如何接收仪表返回数据。

2 HART通用命令3的使用
以西门子电磁流量计MAG6000为例，说明如何通过HART通用命令3读取瞬时流量和累计流量。
相关软件及硬件：
STEP V5.5 SP2
6ES7 153-0BA02-0XB0
6ES7 331-7TF01-0AB0 （E-Stand: 3）
电磁流量计MAG 6000
HART 通信模块 FDK: 085U0226 V2.01

图2-1 相关硬件

命令3为HART通用命令，所有厂家的HART设备都支持该命令，通过该命令可以读取设备的输出电流，以及四个动态变量PV、SV、TV和QV，不同仪表对四个变量有不同的定义。对于西门子电磁流量计MAG6000，命令3返回的具体内容如下：

2.1硬件组态及设置
打开硬件组态窗口，在ET200M下插入HART模块，如下图所示：

图2-2 硬件组态

图2-3 插入Hart模块

如果该电脑上安装了SIMATIC PDM软件，可以在相应通道插入HART Field Device，这样双击该通道即可进入该仪表的参数化界面。

插入HART 6ES7331-7TF01-0AB0时，一定要插入V3.X版本的，如下图所示。因为只有V3.X版本模块发送HART命令时，支持表2-1所示的紧凑信息格式：

图2-4 选择V3.x版本的Hart模块

表2-1 紧凑信息格式

注意：同样是HART模块6ES7331-7TF01-0AB0，如果E-Stand版本小于3，那么在硬件组态时需要选择下图所示的模块。在发送HART命令时，必须使用透明信息格式（除命令0外，其它命令必须使用HART长地址，即必须包含厂家ID、设备ID等地址信息），具体操作请参考目录1。下文以紧凑型数据格式为例进行说明。

图2-5 低版本的Hart模块

设置模块属性，如下图所示：

图2-6 Hart模块的参数设置

设置完成之后，编译保存并下载到CPU中。

2.2 编程调试
首先，按照如下结构，创建一个共享DB（例如DB1）：

图2-7 创建DB1

接下来，创建数据返回数据块DB2，内容如下：

图2-8 创建DB2

最后，在OB1中调用SFC58和SFC59。
HART模块6ES7 331-7TF01-0AB0有8个通道，每个通道可以连接一块HART仪表。每个通道对应两个记录，分别用于命令的发送和数据的接收，对应SFC58/59的RECNUM管脚。

现在我们将电磁流量计连接在通道1，所以需要通过SFC 58 的RECNUM=80（即16#50）发送命令，然后通过SFC59的RECNUM=81（即16#51）接收仪表返回的数据。

                         
             
图2-9 调用程序

在变量表中进行调试，首先将M0.1置1，PLC通过SFC58发送命令3给仪表，然后将M0.3置1，接收仪表返回数据。（注意：不要将M0.1和M0.3同时置1。）

图2-10 读取到的数据

其它通信状态，含义如下图所示：

3 HART设备相关命令的使用
以西门子质量流量计MASS6000为例，说明如何通过设备相关命令171读取累积量。

累积量1和2的含义可以通过流量计菜单进行设置，在该例中累计量1对应正向质量累积量，如下图所示：

图3-1 设置累积量1

累积量2对应正向体积累积量，如下图所示：

图3-2 设置累积量2

（1） 首先，创建命令发送数据块DB1，用来存放命令171对应的数据帧。

图3-3 创建DB1

其中DB3.DBB4为命令代码中包含的数据，比如发送命令171时需要1个byte来指定读取累计量1还是累计量2，如下表所示：

DB3.DBB3为命令中包含的数据的长度，比如命令171需要1个byte，命令3中不包含任何数据。

（2） 创建DB2用于接收命令171的返回数据

图3-4 创建DB2

（3） 在OB1中通过SFC58/59发送命令和接收数据

图3-5 调用SFC58/59

（4） 在变量表中进行调试
首先将M0.1置1，PLC通过SFC58发送命令171给仪表：

图3-6 在变量表中置位M0.1

将M0.3置1，通过SFC59读取累计量1，如下图所示：

图3-7 读取到的累积量1

修改DB3中的命令参数，实现通过命令171读取累计量2：

图3-8 读取累积量2的命令171

将M0.3置1，通过SFC59读取累计量2，如下图所示：

图3-9 读取到的累积量2

4 附录—早期版本HART模块通信
6ES7331-7TF00-0XB0和6ES7331-7TF01-0XB0 (Firmware Version < 3.0)不支持紧凑信息格式，HART模块只能通过下图所示的透明信息格式来发送命令。

举例：8通道HART AI 模块6ES7 131-7TF00-0AB0，第5个通道连接了一台Probe LU超声波物位计。

4.1 硬件组态
注：如果电脑上没有安装PDM软件，不必插入HART Device，因为此处插入HART Device的目的仅仅是通过双击该图标可以进入该仪表的参数化界面而已。

图4-1 在Hart模块下插入仪表

图4-2 Hart模块的参数设置

4.2 通过命令0获取制造商和设备信息
创建DB3，用来存放命令0对应的数据桢，内容如下：
Preamble：前导字符，可以为5-20个byte，一般选择5个即可；
Start_Address：必须设置为16#2，表示该书据桢为短桢，接下来发送的命令代码为0；
CHK：表示数据桢的校验，系统会自动计算，此处默认为0即可；

图4-3 创建命令DB

HART模块6ES7 331-7TF00-0AB0有8个通道，每个通道可以连接一块HART仪表。每个通道对应两个记录，分别用于命令的发送和数据的接收，对应SFC58/59的RECNUM管脚。

由于超声波液位计连接在通道5，所以需要通过SFC 58 的RECNUM=88（即16#58）发送命令，然后通过SFC59的RECNUM=89（即16#59）接收仪表返回的数据。

通过SFC58将DB3中的数据发送给HART设备，返回数据在DB2中（DB2的符号名为Read）。

图4-4 调用SFC58/59

通过命令0可以读取设备标识，包括下列内容：

在DB2中可以监视到命令0返回的信息，如下所示，其中
manufacturer identification code：16#58
manufacturer's device type code：16#CD
device ID number:16# 402646，即4204102

图4-5 读取到的仪表标识信息

可以通过SIMATIC PDM软件验证：

图4-6 PDM读取到的仪表标识信息

4.3 通过HART通用命令3读取过程数据
首先，创建命令发送数据块DB1，用来存放命令3对应的数据
Start_Address：必须设置为16#82，表示该书据桢为长地址帧，数据桢中必须包括厂家、设备类型及设备ID；
Cmd: 为命令代码，每个HART仪表支持的HART命令可以在手册中查到。

图4-7 创建DB1，并将标识信息写入

然后在程序中调用SFC58和SFC59，发送命令DB1中存储的命令，同时在DB2中接收返回的数据：

图4-8 调用SFC58/59

命令3为HART通用命令，所有厂家的HART设备都支持该命令，通过该命令可以读取设备的输出电流，以及四个过程变量PV、SV、TV和QV，不同仪表对四个变量有不同的定义。对于西门子超声波液位计Probe LU，命令3返回的具体内容如下：

图4-9 通过命令3读取到的数据

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