HART变量的基本概念与基本使用

1.1 简介
HART (Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议, HART协议使用FSK技术，在4~20mA信号过程量上叠加一个频率信号，成功的实现模拟信号和数字信号双向通讯，而不互相干扰。
HART 模拟量模块是指除了可以提供模拟量数值外，还可以提供 HART 通讯功能的模拟量模块。HART 模拟量模块可以用于PROFIBUS-DP 的分布式 I/O 从站中。（使用6ES7153-2BA02-0AB0及更高版本或6ES7153-2BB02-0AB0及更高版本的接口模块作为连接 PROFIBUS-DP 的从站接口）。

1.2 多变量读取
在实际应用中通常用SFC58，SFC59进行数据记录的读写实现多变量的读取。但6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本可以使用HART变量直接进行多变量的读取。

1.3 HART变量
基本要求：IM 153-2（6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本）和 STEP 7（V5.4 SP3 或更高版本）
地址分配：HART 模块占用 16 个输入/输出字节。 如果组态 HART 变量，该模块将为每个 HART变量分配5 个字节，其中4个字节表示过程值，一个字节表示质量代码。
HART变量数量：6ES7153-2BA02-0AB0模块可以最多分配 8 个 HART 变量，每个通道的HART 变量不超过 4 个。 您可以在模块的属性对话框中为通道分配 HART 变量。
IO资源：如果使用全部 8 个 HART 变量，则 每个HART 模拟量输入模块总共占用 56 个输入/输出字节（16 个字节 + 8 x 5 个字节 = 56 个字节）。“无”组态不占用其它输入字节。
组态 HART 变量：可以在 STEP 7 HW Config 中分配 HART 变量。
多变量：PV，SV，TV，QV
● PV（Primary Variable，主变量）
● SV（Secundary Variable，二级变量）
● TV（Teritary Variable，三级变量）
● QV（Quatenary，四级变量）

HART变量结构：

图1

质量代码含义：

 表1

1.4 直接读取HART变量的条件：
(1) IM支持这种通讯方式
(2) 模板信息中有hart variables的可以支持
(3) 仪表本身也要能支持多变量
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变量请参见下图：
6ES7153-2BA02-0AB0:

图2

6ES7153-2BA01-0AB0:

图3

HART 模拟量模块是否支持直接读取HART变量请参见下图：
其中6ES7331-7TF01-0AB0支持。6ES331-7TF00-0AB0不支持。

图4

2. 工程实例

2.1 软硬件列表

表2

2.2 HART模板接线方法：
对于6ES7331-7TF01-0AB0模板和HART仪表的接线，请参见下图：
(1)、红色线为 +24V，黑色线为 0V。
(2)、黄色信号线为S+，棕色信号线为S-。
在例程中使用的HART仪表为两线制，此时需要短接10，11。如果为四线制则不需要，具体接线请参考模板手册。

图5

2.3 硬件组态步骤：

a. 使用Step7 v5.4 创建300主站项目，在硬件组态窗口依订货号添加背板、电源、CPU、343-1模块。参见下图：

图6

b. 双击DP接口，添加DP网络并定义网络参数。参见下图：

图7

c. 添加订货号为6ES7153-2BA02-0AB0的DP从站，并定义地址为8。参见下图：

图8

d. 在8号从站插槽中中添加订货号为6ES7331-7TF01-0AB0的HART模拟量模板，并在通道4.0添加一个现场设备。参见下图：

图9

地址分配列表：例程使用了4.0通道，即PIW272

	4.0	4.1	4.2	4.3	4.4	4.5	4.6	4.7
PIW	272	274	276	278	280	282	284	286

表3

e. 双击HART模拟量模板，在Inputs标签页定义传感器类型。参见下图配置：

图10

f. 在HART variables标签页定义HART变量，例程使用了前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
参见下图配置：

图11

g. 至此，组态完成，编译保存并退出硬件组态界面。
h. 在程序块中添加OB82、OB86、OB122冗错块。参见下图：

图12

i. 在程序块中添加变量表，并添加通道地址以及HART变量地址。参见下图：

图13

j. 至此，保存项目并下载至CPU。

2.4 测试
打开变量表，在线监控通道模拟量值(通道电流值)以及HART变量实际值。请参看下图：

图14

1． IO-Link 基本功能介绍

IO-Link 是PROFIBUS 和PROFINET组织推出的一种新的传感器/执行器层面的协议。其定位与传统接线和AS-i协议之间的部分。其采用点对点的连接方式。其具有非常强的优势，例如其与传统接线方式比较能够大量的节省布线的工作量和成本，与AS-i比较而言其能获得更多的信息，以及易于移植等。IO-Link具有master 和device的结构形式，master具有一个或多个port能够连接device。4SI IO-Link具有4个port能够连接4个device。

2． 4 SI IO-Link使用步骤

2.1 实验设备

2.2 硬件接线

2.2.1 4SI IO-Link硬件接线
4SI IO-Link必须在ET200S上使用（6ES7 151-1BA02-0AB0，6ES7 151-1AA05-0AB0，6ES7 151-7AA20-0AB0）并配合相应的终端模块。

图1为4SI IO-Link电子模块的端子分配图,图2为终端模块的接线示意图.

图1. 4SI IO-Link模块端子分配

图2.可用终端模块及接线图

2.2.2 IO-Link Module K20 4DI硬件接线
如图所示该模块需要使用M12的接头进行连接，对于M12接头的选择而言首先要考虑接头的编码方式，其次需要了解其为插针还是插座，如果需要选择带预装电缆则要考虑连接电缆的数量。

图3. IO-Link Module K20 4DI接线图

如图所示，通过PCT我们能够知道IO-Link Module K20 4DI 连接传感器M12接口的类型（插座）

图4. IO-Link Module K20 4DI M12插头的类型

图5. IO-Link Module K20 4DI M12插头的管脚定义

因5号管脚未使用，所以对照下图我们能够确定我们可以选择下列编码类型的M12连接器插头（插针）

图6.M12接头编码示意图

下图为M12接头的参考订货号。

图7.M12插头参考订货号

如选用了预装配电缆请参照下图定义：

图8.M12插头预装配电缆的颜色及功能定义

对于IO-Link 连接的M12接头的管脚定义如下图所示：

图9.IO-Link M12接头的管脚定义

对应的M12连接头在4SI IO-LINK手册中已给出了参考型号：

图10.IO-Link M12接头参考型号

2.3 硬件组态

2.3.1 站的配置
（1）在SIMATIC Manager 中创建一个项目，并 组态一个300站及ET200S从站。如图所示：

图11.配置300站

（2）配置ET200S站(插入4SI IO-Link)

图12：配置ET200S

2.3.2 通过PCT设置IO-Link参数
(1)鼠标左键选中4SI IO-Link，通过右键菜单打开PCT：

图13：打开PCT

(2)如图可通过拖拽的方式配置device：

图14：配置IO-Link device

(3)如图点击Addresses菜单打开地址配置界面：

图14：PCT参数化界面-Addresses

勾选 Show absolute addresses，则可看到端口对应与主站的绝对地址

图15：PCT参数化界面-Addresses

勾选 Port Qualifier,则主站会为每个端口分配一个bit，用于反映通讯状况。

图16：PCT参数化界面-Addresses

勾选 Structure of Process Data下的All Port ,则能够看到各端口IO与master地址的对应关系。

图17：PCT参数化界面-Addresses

(3)通过PCT 下载参数设置：
如果已经连接了device 可通过如下按钮下载参数配置

图18：PCT参数化界面-下载

可通过如下按钮单独下载master或device的参数配置

图19：PCT参数化界面-下载

(4)保存PCT参数设置：

图20：保存PCT参数设置

(5)保存硬件组态

图21：保存硬件组态

2.4 程序调用及编写
对于INPUT/OUTPUT而言可以通过直接的IO访问的方式进行读取

图22：数字量输入读取

其中M0.0-M0.3对应与IO-Link Module K20 4DI的IN1-IN4的输入值，M1.0则表示master 的prot1的值是否正确。