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GB／T 29910.1-2013 工业通信网络现场总线规范 类型20：HART规范 第1部分：HART有线网络物理层服务定义和协议规范.pdf

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物理层PDU的前导码，后面紧随数据链路 及字特目空

下列符号适用于本文件。 Ceb：每单位长度电缆电容（Cablecapacitanceperunitlength） Cdev：等效设备电容（Equivalentdevicecapacitance） Ctg：终端对地电容（Terminaltogroundcapacitance) Ct：终端对终端电容（Terminaltoterminalcapacitance） HOLD：保持时间（Holdtime) Rcbl：每单位长度电缆电阻（Cableresistanceperunitlength） Rdev：等效设备电阻（Equivalentdeviceresistance） RGB 51044-2014 煤矿采空区岩土工程勘察规范，：网络并联电阻（Networkparallelresistance) RTl：链路静音时间（Linkquiettime） RT2：链路准许时间（Linkgranttime) Rtg：终端对地电阻（Terminaltogroundresistance) R：终端对终端电阻（Terminaltoterminalresistance） STO：从站超时（Slavetimeout) Z.：终端对终端阻抗（Terminaltoterminalimpedance）

本部分使用在GB/T17967中给出的描述性约定。 所用到的服务模型、服务原语以及时序图完全是抽象描述，不代表实现规范。 用于表示服务用户和服务提供者之间交互关系（见GB/T17967）的服务原语，传递的参数给

GB/T29910.1—2013

（=）：表示该参数同表格中左侧相邻的服务原语中的参数是语义等价的； （≤）：表示一组参数的取值有一个隐含的顺序，并且该参数的值小于或等于其表格左侧相 邻服务原语的参数值（即左侧一列或两列）； ·（≥)表示一组参数的取值有一个隐含的顺序，并且该参数的值大于或等于其表格左侧相 邻服务原语的参数值（即左侧一列或者两列）。 表示该项附有一些注释 ·（n）：表示下面的注释n包含有与该参数及使用有关的附加信息

3.5.2协议状态机约定

3.5.2.1状态机图

3.5.2.2 状态机表

状态机在表1中描述！

行信号传输，当经过低来 是传统模拟信号的扩展。 物理层通常使用铜质双绞电缆作为传输 收字信号或同时将数字和模拟信号传输 至少1500m处（或5000ft）。最大通信 构和环境条件。

4.2.1物理层服务功能

PhE提供以下服务： 数据服务：支持从源PhS用户向目的PhS用户传输物理层服务（PhS)用户数据； PhL管理服务：支持对PhL进行配置。

图1物理层数据服务序列

4.2.3.1原语类型和参数

请求原语不要求何参数。指示原语不传递任何参数。证实原语给出成功或错误原因 TA服

4.2.4.1原语类型和参

与请求原语中的值相同

4.2.4.2.2状态(Status）

在指示原语中，该参数表示成功或以下原因之一导致的错误： 接收缓冲区溢出； 奇偶错误； 组顿错误； 不连续的数据接收， 在证实原语中，该参数表示成功或以下原因之一导致的错误： 发送器忙； 媒体未激活。

本部分的数字信号传输协议使用1200bit/s的二进制相位连续频移键控（FSK），将数字信号选加 在4mA～20mA电流回路中。设备通过调制电流或提供电压进行信号传输。在低采样阻抗上，所有 信号以电压形式出现。相位连续频移键控要求MARK（1200Hz=二进制"1"）和SPACE(2200Hz= 二进制0"）的相位角在1200Hz比特边界上保持连续，见图2。

图2相位连续频移建控

电流调制的设备在媒体上呈现为高阻抗，这使得设备可并联连接。提供电压信号的设备具有低串 联阻抗。许多设备也使用电流发送或接收模拟信号。数字信号的赖率和幅值应不对模拟信号造成干 扰。本标准对模拟信号做了规定，使其不对数字信号造成干扰。使用模拟信号的设备可以由媒体供电。 本标准也定义了不使用模拟或数字信号的设备，例如电源和安全栅

5.2.1PhPDU结构

进制“0xFF”序列

5.2.2PhPDU传输

5.2.2.1字符传输

5.2.2.2字符格式

每个字符应被异步传输并包含11比特。这些比特按传输顺序分别是：1个起始位、8个数据位（首 先为最低有效位）、一个奇校验位和一个停止位，见图4。连续字符之间最多只能有个空闲位（即附加 停止位）。PhPDU内的连续字符应插人内部字符间隔，该间隔小于一个字符时间。

bit/s下，传输一个字符需用9.167ms，这是FSK物理片

5.2.3PhPDU接收

基于以下两个准则对设备进行分类： 输入或输出阻抗； 到网络的连接。 所有设备都具有类型相关的参数。这些参数也在本条定义

根据数字额带上的输入或输出阻抗，所有设备可分为两类。低阻抗设备具有信号部件，该部件用于 接收模拟电流信号或作为多点网络上的主站设备。高阻抗设备控制作为模拟信号的电流或在多点网络 上将模拟信号设置为固定值，

5.3.2.2低阻抗设备

低阻抗设备在数字频带上应具有2302～6002的阻抗。在扩展赖段上的阻抗变化应在其数字频 带中心值的士3dB范围内。 注1：阻抗变化限值避免过大的信号失真。 注2：任何接收模拟电流信号的设备，例如，控制器模拟输人设备或执行器，具有低输入阻抗以能够使用较低的直流 电压为发送模拟电流信号的设备供电。此类设备在数字频带上具有高阻抗是不现实的。 注3：处于阻抗范围下限值的设备限制了连接到网络的并联电阻的使用。处于阻抗范围上限制的设备限制了总的 电缆电容。

低阻抗设备在数字频带上应具有230Q～6002的阻抗。在扩展频段上的阻抗变化应在其数字频 中心值的士3dB范围内。 注1：阻抗变化限值避免过大的信号失真。 注2：任何接收模拟电流信号的设备，例如，控制器模拟输人设备或执行器，具有低输入阻抗以能够使用较低的直流 电压为发送模拟电流信号的设备供电。此类设备在数字频带上具有高阻抗是不现实的。 注3：处于阻抗范围下限值的设备限制了连接到网络的并联电阻的使用。处于阻抗范围上限制的设备限制了总的 电缆电容。

5.3.2.3高阻抗设备

高阻抗设备在数字频带的阻抗应大于600Q。 注：对于多点网络应用，连接到媒体的总阻抗等于所有连接到媒体设备的输人阻抗的并联组合。因此，在其他设计 约束下，高阻抗设备的阻抗应设计得尽可能高，

按以下网络连接类型对设备分类： a) 电流输入； b）电流输出； c） 电压输人； d）电压输出； e）二类（secondary）设备； f) 模拟变送器； g）执行器； h）非直流隔离； i）直流隔离。 注：设备可呈现多个连接类型特性。 制造商应标识用于组态设备的连接类型

5.3.3.2电流输入

将使用电阻测量模拟电流信号的设备定义为具有电流输人连接的设备。电流采样（sense)电阻可 位于设备内部或在设备外连接。在每种情况下，采样电阻都作为设备的一部分，且电流输人设备的阻抗 应包含该电阻。 电流输人设备可包含网络电源并向回路提供直流电。如果设备能使用在某一范围的采样电阻值而 不是一个固定值，则可规定该设备参数为采样电阻值的函数。 注：电流输入设备具有低阻抗并通常不与地隔离。最常见的电流输人设备示例是连接到模拟输人回路（带有作为 现场设备的4mA~20mA变送器的回路）的控制器。

5.3.3.3电流输出

将提供电流作为模拟信号的设备定义为具有电流输出连接的设备。电流输出设备可包含网络电源 并向回路提供直流电，否则它应与外部电源串联连接并只控制回路电流。 注：电流输出设备具有高阻抗并通常不与地隔离。电流输出设备的示例是连接到模拟输出回路（带有作为现场设 备的4mA～20mA执行器或定位器的回路)的控制器，或者是向回路供电而不是从回路取电的单独供电的现 场设备，

5.3.3.4电压输入

将测量电压输入信号的设备定义为具有电压输入连接的设备。此类型设备应有高输入阻抗。电压 输入设备不向回路提供直流电，并且可以与地隔离或不与地隔离。 注：要求高输人阻抗，使得电缆回路上的电阻不会在电压信号中引人误差。电压输人设备的示例是连接到模拟输 入回路、模拟信号为电压（例如，来自电压输出变送器）的控制器，或者是接收电压而不是电流作为模拟输入信 号的单独供电的输出设备，

5.3.3.5电压输出

将提供电压输出信号的设备定义为具有电压输出连接的设备。此类型设备应在数字频带上具有低 阻抗。电压输出设备不向回路提供直流电，并且可以与地隔离或不与地隔离。 注：要求低输出阻抗，使得电缆回路上的电阻不会在电压信号中引人误差。最常见的电压输出设备示例是3线制 电压输出变送器。另一个示例是用于驱动单独供电现场设备的控制器。进行模拟电压信号传输的网络不能传

5.3.3.6±二类设备

将具有可移除连接、不要求在网络上通信且只临时性连接的设备定义为二 尖设食。 有高阻抗，且与电流回路直流隔离。 注：最常见的二类设备示例是手持终端。对网络进行最大电缆长度分析时应该包括二类设备。

5.3.3.7模拟变送器

将从回路获取直流电流且通过改变电流大小来实现模拟信号传输的设备定义为模拟变送器。此类 型设备可将直流电流作为电源，也可单独供电。 注：模拟变送器具有高阻抗，且通常与地直流隔离。模拟变送器类型的示例是2线制变送器，或具有回路接口并通 过该接口从回路获取直流电流的单独供电的变送器

将从回路获取直流电流（电流值由电流源设备确定）的设备定义为执行器。此类型设备可使用直流 14

注：执行器具有低阻抗，且通常与地直流隔离，最常见的执行器示例是通过控制器提供的4mA～20mA国路电流 来接收模拟信号的2线制设备。

5.3.3.9 非直流隔离

将从回路获取固定直流电流且不使用模拟信号的设备定义为非直流隔离设备。此类型设备可使用 直流电流作为电源，也可单独供电。它使用数字信号进行通信。 注：非直流隔离设备具有高阻抗，且通常与地直流隔离。最常见的该类型设备是在固定电流模式下的2线制变 送器。

5.3.3.10直流隔离

将不从回路获取直流电流且不使用模拟信号的设备定义为直流隔离设备。此类型设备单独供电。 它使用数字信号进行通信。 注：直流隔离设备具有高阻抗。直流隔离总线设备不影响模拟信号，所以可存在于任何回路，包括进行模拟信号传 输的间路。网络可全部由该类型设备构成，即没有直流电流的回路。

表4中定义的一个或多个参数适用于基于阻抗和连接类型的设备

参数值应由设备制造商规

备的最大数量取决于电缆长度、噪声环境和在设备终端上需要直流电的可用性。 规则7：多点网络的电缆，每米的电容值为400pF，每米的电阻值为0.0368Q，电缆长度为500m 所有设备的总设备电容Cde为25000pF。 注5：为进行一致性测试规定了该电缆长度，但不排除在已安装网络中使用更长电缆。 网络配置规则用于设备的一致性测试。网络安装可有不同的拓扑。附录A给出了一些拓扑示例。 电缆长度的指南见附录B。

图5给出了用于测试的配置。在图5a)中“模拟变送器”是待测设备。在图5b)中“电流 行器”是待测设备。对于在5.3.3中定义的其他类型的待测设备，测试配置是相似的。所有 这种测试配置进行测试，并通过测试负载来测量数字变送器参数

注1：在一些情况下，需要防止直流电流流过测试负载。在这些情况下，应将100μF的隔直电容与测试负载串联 如图5b）所示。 注2：对于传输模拟信号的设备，例如，模拟变送器或电流输出设备，测试负载也可以作为电流采样阻抗。 测试负载电阻部分的值应为： 低阻抗设备采用1000Q； 高阻抗设备采用5000。

注1：在一些情况下，需要防止直流电流流过测试负载。在这些情况下，应将100μF的隔直电容与测试负载 如图5b）所示。 注2：对于传输模拟信号的设备，例如，模拟变送器或电流输出设备，测试负载也可以作为电流采样阻抗。 测试负载电阻部分的值应为： 低阻抗设备采用1000Q； 高阻抗设备采用5000

QYBTJ 0001S-2015 延边檀君药业有限公司 红参玛咖蜜片5.5.2比特率和调制

比特率应为1200(1士1%)bit/s，设备应调制从媒体上获取的电流或施加电压到媒体。当通过低 阻抗负载采样信号时，所有信号以电压形式出现。调制技术应为相位连续频移键控，即Mark和Space 的相位角应在比特边界上保持连续。Mark(逻辑1)的频率应为1200(1士1%）Hz，Space(逻辑0）的频 率应为2200(1±1%）H2。

图6给出J* 表5总结了传输幅值的限值

）1200Hz传输波形暖值

b）2200Hz传输波形限值

在负载电阻为1000(1士1%）Q时，低阻抗设备的输出电压应在400mV～800mV峰峰值之间。 高阻抗设备的输出电压应为： a）负载电阻为5001土1%)Q时，应在400mV600mV峰峰值之间；或者 b）负载电阻为500（1土1%）Q时，应在400mV～800mV峰峰值之间，并且负载电阻为 1000（1+1%）Q时，应小于或等于800mV峰峰值，

载波衰减时间（Carrierdecaytime)

当发送完最后一个比特后，发送电路应关闭，信号应在少于6个标准比特时间内降低到低 大可接受的噪声电平，见5.6。 注2：最大可接受噪声电平为80mV峰蜂值。 注3：载波开始、停止和衰减时间规范可将对模拟信号的干扰保持在可接受水平。这些时间要求使得，使用2 测试负载，当数学信号波形通过一个两极25Hz低通巴特沃斯滤波器时，滤波器的输出在任何时刻不会 10mVGA/T 1469-2018 光纤振动入侵探测系统工程技术规范，该滤波器的幅值响应（特性曲线）与5.7.1中规定的模拟信号频谱相同

5.5.5数字信号频谱