HART協(xié)議

HART (Highway Addressable Remote Transducer)， 是可尋址遠(yuǎn)程傳感器總線的簡(jiǎn)稱。

HART協(xié)議采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4-20mA模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號(hào)的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號(hào)的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測(cè)量、過(guò)程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)、診斷信息通過(guò)HART協(xié)議訪問(wèn)。

HART協(xié)議規(guī)范

HART協(xié)議于80年代后期開(kāi)發(fā)，并于90年代初移交到HART基金會(huì)，從那時(shí)開(kāi)始，它就已經(jīng)更新了好幾次。每一次的協(xié)議更新都確保更新向后兼容以前的版本。HART協(xié)議當(dāng)前的版本是7.3版，“7”表示主修訂號(hào)碼，而“3”表示次修訂號(hào)碼。HART協(xié)議參照了開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI）模型，使用了以下層：

1.協(xié)議物理層； 2. 數(shù)據(jù)鏈路層； 3. 網(wǎng)絡(luò)層； 4. 傳輸層； 5. 應(yīng)用層

1.協(xié)議物理層

HRAT協(xié)議的物理層規(guī)定了信號(hào)的傳輸方法、傳輸介質(zhì)，HART支持模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)在同一線路上傳輸。以Be11202為基礎(chǔ)，采用頻移鍵控（FSK），以1200bps的速率通信。代表0和1位值的信號(hào)頻率分別為2200Hz和1200Hz。

如上圖所示，即在4~20mA模擬信號(hào)上疊加了±0.5mA的數(shù)字信號(hào)，由于數(shù)字頻移鍵控信號(hào)相位連續(xù)，平均值為零，所以不影響4~20mA模擬傳輸，從而使模擬信號(hào)和數(shù)字通信同時(shí)進(jìn)行，而不互相干擾。

圖2為HART協(xié)議的數(shù)字和模擬信號(hào)疊加后同時(shí)傳輸?shù)氖疽鈭D。通信介質(zhì)的選擇視傳輸距離長(zhǎng)短而定，采用雙絞線傳輸時(shí)*大傳輸距離可達(dá)1500m，線路總阻抗應(yīng)在230~1100Ω之間。

2.數(shù)據(jù)鏈路層

定義了一項(xiàng)主/從協(xié)議，在正常使用下，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只有收到信號(hào)時(shí)才作回答。可以有兩個(gè)主設(shè)備，例如：控制系統(tǒng)作為**設(shè)備，而手持HRAT通信器作為**主設(shè)備。時(shí)序規(guī)則定義每個(gè)主設(shè)備可以開(kāi)始通信事務(wù)的時(shí)間，單個(gè)多點(diǎn)線纜對(duì)可以連接多達(dá)15個(gè)或更多的從設(shè)備。

3.網(wǎng)絡(luò)層

提供路由、端到端**及傳輸服務(wù)，它管理與通信設(shè)備之間端到端通信的“會(huì)話”。

4.傳輸層

傳輸層確保從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備通信傳播。

5.應(yīng)用層

規(guī)定了強(qiáng)大的命令集，鼎易了協(xié)議所支持的命令、響應(yīng)、數(shù)據(jù)類型和形狀報(bào)告。在應(yīng)用層，協(xié)議的公共命令分為四大類：

①通用命令：提供在所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都必須實(shí)現(xiàn)的功能

②常用命令：提供很多設(shè)備所共有的功能，但并不是所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都具有的功能

③設(shè)備特定命令：提供某特定現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所特有的功能，由設(shè)備制造商所指定

④設(shè)備系列命令：為特定測(cè)量類型的儀器提供一套標(biāo)準(zhǔn)化的功能，允許無(wú)需使用設(shè)備特定指令便能進(jìn)行完全的通用性訪問(wèn)。

現(xiàn)場(chǎng)總線

現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通訊能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn)

1.系統(tǒng)的開(kāi)放性

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是個(gè)自我封閉的系統(tǒng)，一般只能通過(guò)工作站的串口或并口對(duì)外通信。在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中，用戶可按自己的需要和對(duì)象，將來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。

2.可操作性與可靠性

現(xiàn)場(chǎng)總線在選用相同的通信協(xié)議情況下，只要選擇合適的總線網(wǎng)卡、插口與適配器即可實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳輸與溝通，大大減少接線與查線的工作量，有效提高控制的可靠性。

3.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性

傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的信號(hào)傳遞是模擬信號(hào)的單向傳遞，信號(hào)在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的誤差較大，系統(tǒng)難以迅速判斷故障而帶故障運(yùn)行。而現(xiàn)場(chǎng)總線中采用雙向數(shù)字通信，將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性

現(xiàn)場(chǎng)總線是作為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線及電力線等，其具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足**及防爆要求等。

HART協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)總線的異同

1.HART協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)總線的相同之處

HART和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)、參數(shù)等進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。同時(shí)，兩種技術(shù)都支持在一條總線上連接多臺(tái)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)方式。HART和現(xiàn)場(chǎng)總線都采用設(shè)備描述，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作和綜合運(yùn)用。所以，它們之間有一定的相似之處。

2.HART協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)總線的不同之處

①現(xiàn)場(chǎng)總線采用真正的全數(shù)字通信，而HART是以FSK方式疊加在原有的4～20mA模擬信號(hào)上的，因此可以直接聯(lián)入現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)中而不需要重新組態(tài)；

②現(xiàn)場(chǎng)總線多采用多點(diǎn)連接，HART協(xié)議一般僅在做監(jiān)測(cè)運(yùn)用的時(shí)候才會(huì)采用多點(diǎn)連接方式；③用現(xiàn)場(chǎng)總線組成的控制系統(tǒng)中，設(shè)備間可以直接進(jìn)行通信，而不需要經(jīng)過(guò)主機(jī)干預(yù)；④現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備相對(duì)HART設(shè)備而言，可以提供更多的診斷信息。

所以現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備適用于高速的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，而HART設(shè)備的優(yōu)越性則體現(xiàn)在與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容上。