HART模拟量模块在西门子PLC中的应用
2云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖655000
摘 要：本文列举了西门子HART模拟量模块在实际工程案例中的应用，借助于西门子分布式I/O从站，通过Profibus-DP通信协议，直接通过I/O区读取第三方设备中的多个变量，节省通信时间，接线简便，为相关工程技术人员对第三方设备的数据读写提供了一种思维方式与参考。
关键词： HART；I/O区；直接读取 0 引言
HART(Highway Addressable Remote Transducer)，定义为可寻址的、远程传感器高速通道的、开放的通信协议,它通过利用传统的传输模拟信号的双绞线实现了数字信号的通信，属于半双工的通信方式，亦是模拟系统向数字系统这一转变过程中的过渡产品，现已在各类智能仪表设备中得到了广泛的应用[1]。Hart通信协议是通过采用基于科学的BELL202标准中先进的Fsk频移键控信号技术，是将一幅度为0.5mA的音频数字信号叠加到低频率的4～20mA模拟信号上，从而可以实现数字信号与模拟信号的双向通讯且互补干扰，协议数据传输率可以达到1.2Mbps。因为Fsk信号的平均值为0，所以不会影响传送到自控系统中的模拟信号，可以保证与传统模拟信号的兼容性。
1、简介
西门子S7-300信号卡件中的Hart 模拟量模块，模块本身即可进行Hart 通讯功能，还可以进行传统的模拟量数值信号的通信。Hart模拟量模块应用在Profibus-DP 的分布式 I/O 从站中，通过使用：6ES7153-2AR02-0XA0卡件、 6ES7153-2BA02-0XB0卡件或者更高版本的卡件作为Profibus-DP 通信的从站接口，实现对Hart多变量的直接读取。
2、 多变量读取
在实际工程案例的应用中，通常采用SFC59，SFC58功能块进行数据记录的读写，从而实现多变量的读取。6ES7153-2BA02-0XB0或更高版本的从站接口模块，可以对Hart模拟量模块中的多变量进行直接读取。
3、 HART变量
对于硬件与软件的具体要求：硬件方面分布式I/O从站的通信模块必须是IM 153-2（6ES7153-2BA02-0AB0 ）或较之更高版本和；在软件方面Step 7宜采用V5.4 SP3 或者更高版本。
Hart变量的数量确定，6ES7153-2BA02-0XB0模块最多可以分配组态运用8个Hart变量，卡件的每个通道，其HART 变量不超过4个。在实际工程案例的硬件组态过程中，可以根据模块的属性对话框为模块的各通道分配 Hart变量的详细信息。
I/O资源：对于一个支持直接读取Hart变量的模拟量模块，当模块本身的8个Hart变量全部被组态时，那么该Hart模拟量输入模块将占用56个I/O字节（具体计算：16个字节+8x5个字节=56个字节）。通道处于“无”组态状态时，不占用其它输入字节。
在地址分配中：Hart模拟量模块本身占用了 16 个I/O字节。如果组态 Hart 变量，该模块将自动为每个Hart变量分配5个字节，其中一个字节代表质量代码，其余4个字节为过程值[2]。
在组态 Hart 变量时，需要在 STEP 7 HW Config中分配Hart变量。 多变量：TV，QV ，PV，SV，
● TV（Teritary Variable，三级变量） ● QV（Quatenary，四级变量） ● PV（Primary Variable，主变量） ● SV（Secundary Variable，二级变量）
HART变量结构：
图1
表1 质量代码含义
Quality-Code (QC) Meaning 含义 0x4C or 0 Initialization: 0 value of IM and 4C of module 初始化：IM 的值为 0，模块为 4C 0x18 Communication cancelled / no communication 讯 通讯已取消/无通0x0C Fault in HART device HART 设备故障 0x47 HART device is busy HART 设备繁忙 0x84 OK “Configuration changed” “组态已更改” 0x80 OK 正常 4、直接读取HART变量的条件 (1)仪表本身也要能支持多变量。 (2) IM支持这种通讯方式。
(3)模板信息中有hart variables的可以支持。 只有在三者满足的情况下才可以通讯成功。
接口模板是否支持直接读取HART变量请参见图2，图3：
图26ES7153-2BA02-0AB0
图3 6ES7153-2BA01-0AB0
HART 模拟量模块本身是否支持直接读取Hart变量，详见图4中的解释与说明，很明显6ES7331-7TF01-0AB0卡件支持直接读取，而6ES331-7TF00-0AB0并不支持直接读取。
图4
5. 工程实例 5.1 软硬件列表 表2
模块(软件)名称 号 模块(软件)型定货号 量 数底板 RACK 6ES7390-1AE80-0AA0 1 电源 PS307 6ES7307-1BA00-0AB0 1 CPU 315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 1 MMC MMC 4M 6ES7953-8LM20-0AA0 1 以太网模块 343-1 6GK7343-1CX10-0CE0 1 ET200M接口模块 IM153-2 6ES7153-2BA02-0XB0 1 HART模板 8XAI 6ES7331-7TF01-0AB0 1 HART仪表 TH-300 7NG3212-0NN00 1 通讯电缆 6XV1830-0EH10 干 若DP接头 6ES7 972-0BB50-0XA0 2 STEP7 V5.4 （SP4） 6ES7810- 4CC08-0YA5 1 5.2 HART模板接线方法
对于6ES7331-7TF01-0AB0模板和HART仪表的接线，请参见图5： (1)黄色信号线为S+，棕色信号线为S-。 (2)红色线为 +24V，黑色线为 0V。
因为在本工程案例中使用的Hart智能仪表为两线制，所以需要短接10，11号接线端子。如若应用的仪表是四线制，此处不需要短接，具体接线情况需参考模板手册[3]。
图5
5.3 硬件组态步骤
a. 运用Step7 v5.4程序，首先创立一个S7-300的主站项目，然后在硬件组态窗口中依次添加背板、电源模块、CPU以及343-1分布式从站的通信模块。参见图6：
图6
b. 双击DP接口，添加DP网络并定义网络参数。参见图7：
图7
c. 将订货号6ES7153-2BA02-0AB0的卡件设为Profibus-DP从站，设置该从站的DP地址为8。参见图8：
图8
d. 首先，将订货号6ES7331-7TF01-0AB0的Hart模拟量模块添加到从站的插槽中，然后在通道4.0中添加一智能设备。参见图9：
图9
地址分配列表：例程使用了4.0通道，即PIW272
4.0 4.1 2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.PIW 2 274 276 278 270 282 284 286 28表3
e. 双击，可以进入Hart模拟量模块的属性窗口，在Inputs选项卡中，可以定义传感器的类型。详见图10配置：
图10
f. 在如图示的HART variables标签中定义Hart变量，工程案例中使用的4个HART变量。
HART变量分配列表：
Variable 1为通道0的PV值，地址为PID288。 Variable 2为通道0的SV值，地址为PID293。 Variable 3为通道0的TV值，地址为PID298。 Variable 4为通道0的QV值，地址为PID303。 参见图11配置：
图11
g. 至此，组态完成，编译保存并退出硬件组态界面。
h. 在STEP7中的程序块中添加组织功能块OB82、OB86、OB122等冗错功能块，参见图12：
图12
i. 在STEP7中将已打开的工程案例程序块中,添加一变量表，然后添加Hart变量对应的地址和通道地址和。详见图13：
图13
j. 至此，保存项目并下载至CPU。 5.4 测试
在STEP7中点击变量表，并在线监测Hart模拟量模块中各通道模拟量值(通道电流值)和Hart变量的实际值。请参看图14：
图14 6、总结
使用第三方智能设备的通信接口(HART变量)可以直接在程序中使用IO区，可以对智能设备中的多个变量进行读取，节省通讯时间，应用简便，节省布线时间，有效监控智能设备的运行情况，缺点是占用大量IO区。
参考文献
[1]姜建芳.西门子工业通信工程应用技术[M].北京：机械工业出版社,2016.02：2-309.
[2]廖常初.祖正容.西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社,2009.09：152-200.
[3]SIEMENS信息与培训自动化与驱动.A7112 SMATIC S7高级维护课程ST-SERV3[M].广州：西门子（中国）有限公司,2015.10.26：6.1-6.48.
1
