在PLC的模拟输入模块中实现实时HART通讯

介绍

HART现场设备在工厂随处可见自动化和过程控制应用程序，允许4-20mA双向数字通信模拟电流信号。通常，HART用于传输诊断或校准信息，但也可以是用于向可编程逻辑控制器。充分利用HART启用字段设备，HART启用的PLC模拟输入模块（AI）需要与现场设备通信实时。启用HART的模拟输入模块由ADC和感测电阻器组成，用于测量模拟电流和HART调制解调器解调HART数据。

DAC87xH系列设备是独立的支持HART、Foundation现场总线和Profibus PA。这些HART认证调制解调器具有SPI/UUART接口选项、内部过滤和增加接口灵活性的附加SPI功能与主机MCU，使DAC874xH成为一个优秀的模拟输入HART模块设计选项。

AI模块中的HART概述

图1显示了HART的简化图启用模拟输入模块。R1是感测电阻器既能检测回路电流，又能启用HART表达HART物理层规范要求R1介于230之间Ω 和600Ω. R2和C1形成低通滤波器，以确保仅ADC测量直流回路电流和HART调制被充分衰减。取决于ADC选择，可通过ADC内部数字滤波器。C2和C3交流耦合HART调制解调器输入和输出至负载电阻器HART通信协议是主/从协议通信方案。输入模块充当并向从属设备发送数据请求发射机或现场设备。从发射机调节回路电流并将HART作为1mApp正弦波形，转换为电压信号由R1提供，并由HART解调模拟输入模块处的调制解调器。当模拟输入模块传输HART，它直接耦合向负载电阻器发送电压信号，创建HARTHART解调的电压波形现场设备中的调制解调器。

图1 带HART的简化模拟输入模块

设计注意事项

使用HART设计输入模块时对于满足HART概述的要求至关重要同时满足输入要求对于所选的ADC。中所示的简化电路图1显示了单个负载电阻器，但通常将负载电阻器分成三个更实用串联电阻器。在满量程回路电流下LOOP+将超出最大精度范围如果使用单个电阻器，则为ADC。这允许灵活性满足ADC的输入要求，同时仍保持所需的总电阻负载HART所需。分离负载的另一个优点电阻器配置正在减小感测电阻器减少自发热和漂移的值回路电流测量中的电流误差输入范围。

图2说明了HART的实际示例启用模拟输入模块，使用单独的电流传感和HART负载电阻器。DAC8740H是UART接口HART调制解调器。ADS1260是一种具有内部可编程增益的delta-sigma ADC放大器（PGA），用于测量电流感测电阻器，以计算DC回路电流。HART信号被调制和解调跨越三个电阻器的总和。R2是电流感测电阻器和R3用于将电压偏置在ADC的负输入，因为PGA不能输入不能接地。内部PGA允许使用较小的电流感测电阻器自加热错误。对于ADS1260，输入要求来自内部PGA净空要求。必须选择电阻器R3和R2以适当地设置模数转换器。PGA输入端的电压要求必须在整个输入电流范围内得到满足。PGA的绝对输入电压要求取决于输入电源、差分输入电压，以及PGA增益设置。R1是确保满足最低HART负载电阻要求。

图2 负载电阻器注意事项