HART協(xié)議

發(fā)布者：虹潤集團

HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國ROSEMOUNT公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。 HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應(yīng)時間的通信，經(jīng)過30多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標準。

中文名 HART協(xié)議外文名 Highway Addressable Remote Transducer

適用領(lǐng)域儀器儀表所屬學科自動化屬性通信協(xié)議

提出時間 1985年提出者美國ROSEMOUNT

目錄 1簡介
2HART規(guī)范 ?協(xié)議物理層 ?數(shù)據(jù)鏈路層 ?網(wǎng)絡(luò)層 ?傳輸層 ?應(yīng)用層
3通用命令
4工作方式
5通信優(yōu)勢
簡介 HART協(xié)議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2kbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，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，另外的測量、過程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準、診斷信息通過HART協(xié)議訪問。 HART通信采用的是半雙工的通信方式，其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中過渡性產(chǎn)品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較快發(fā)展。HART 規(guī)定了一系列命令，按命令方式工作。它有三類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設(shè)備都理解、都執(zhí)行的命令；第二類稱為一般行為命令，所提供的功能可以在許多現(xiàn)場設(shè)備（盡管不是全部）中實現(xiàn)，這類命令包括最常用的的現(xiàn)場設(shè)備的功能庫；第三類稱為特殊設(shè)備命令，以便于工作在某些設(shè)備中實現(xiàn)特殊功能，這類命令既可以在基金會中開放使用，又可以為開發(fā)此命令的公司所獨有。在一個現(xiàn)場設(shè)備中通?？砂l(fā)現(xiàn)同時存在這三類命令。 HART采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語言DDL?，F(xiàn)場設(shè)備開發(fā)商采用這種標準語言來描述設(shè)備特性，由HART基金會負責登記管理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典，主設(shè)備運用DDL技術(shù)來理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開發(fā)專用接口。但由于這種模擬數(shù)字混合信號制，導致難以開發(fā)出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求，并可組成由手持編程器與管理系統(tǒng)主機作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。 HART規(guī)范 HART協(xié)議于80年代后期開發(fā)，并于90年代初移交到HART基金會。從那時起，它已經(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)議當前的版本是7.3版。“7”表示主修訂號碼，而“3”表示次修訂號碼。 HART協(xié)議實現(xiàn)了開放系統(tǒng)互連（OSI）7層協(xié)議模型的第1、2、3、4和7層： 協(xié)議物理層 以貝爾202標準為基礎(chǔ)，采用頻移鍵控（FSK），以1200bps的速率通信。代表0和1位值的信號頻率分別為2200和1200Hz。該低電平信號疊加在4到20mA的模擬測量信號之上，而不會對模擬信號造成任何干擾。 數(shù)據(jù)鏈路層 定義了一項主從協(xié)議 - 在正常使用下，現(xiàn)場設(shè)備只在收到信號時才作回答?？梢杂袃蓚€主設(shè)備，例如，控制系統(tǒng)作為第一主設(shè)備，而手持HART通信器作為第二主設(shè)備。時序規(guī)則定義每個主設(shè)備可以開始通信事務(wù)的時間。單個多點線纜對可以連接多達15個或更多的從設(shè)備。 網(wǎng)絡(luò)層 提供路由、端到端安全及傳輸服務(wù)。它管理與通信設(shè)備之間端到端通信的“會話”。 傳輸層 數(shù)據(jù)鏈路層確保通信成功地從一個設(shè)備到另一個設(shè)備傳播。傳輸層可以被用來確保端到端通信的成功。 應(yīng)用層 定義了協(xié)議所支持的命令、響應(yīng)、數(shù)據(jù)類型和狀態(tài)報告。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)場設(shè)備都必須實現(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 - 為特定測量類型的儀器提供一套標準化的功能，允許無需使用設(shè)備特定指令便能進行完全的通用性訪問。
通用命令 HART命令0：讀標識碼 返回擴展的設(shè)備類型代碼，版本和設(shè)備標識碼。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0： 254 字節(jié)1：制造商ID 字節(jié)2：制造商設(shè)備類型 字節(jié)3：請求的前導符數(shù) 字節(jié)4：通用命令文檔版本號 字節(jié)5：變送器規(guī)范版本號 字節(jié)6：設(shè)備軟件版本號 字節(jié)7：設(shè)備硬件版本號 字節(jié)8：設(shè)備標志 字節(jié)9-11：設(shè)備ID號 HART命令1：讀主變量（PV） 以浮點類型返回主變量的值。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0：主變量單位代碼 字節(jié)1-4：主變量 HART命令2：讀主變量電流值和百分比 讀主變量電流和百分比，主變量電流總是匹配設(shè)備的AO輸出電流。百分比沒有限制在0-100%之間，如果超過了主變量的范圍，會跟蹤到傳感器的上下限。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0-3：主變量電流，單位毫安 字節(jié)4-7：主變量量程百分比 HART命令3：讀動態(tài)變量和主變量電流 讀主變量電流和4個（最多）預先定義的動態(tài)變量，主變量電流總是匹配設(shè)備的AO輸出電流。每種設(shè)備類型都定義的第二、第三和第四變量，如第二變量是傳感器溫度等。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0-3：主變量電流，單位毫安 字節(jié)4：主變量單位代碼 字節(jié)5-8：主變量 字節(jié)9：第二變量單位代碼 字節(jié)10-13：第二變量 字節(jié)14：第三變量單位代碼 字節(jié)15-18：第三變量 字節(jié)19：第四變量單位代碼 字節(jié)20-23：第四變量 HART命令4：保留 HART命令5：保留 HART命令6：寫POLLING地址 這是數(shù)據(jù)鏈路層管理命令。這個命令寫Polling地址到設(shè)備，該地址用于控制主變量AO輸出和提供設(shè)備標識。 只有當設(shè)備的Polling地址被設(shè)成0時，設(shè)備的主變量AO才能輸出，如果地址是1~15則AO處于不活動狀態(tài)也不響應(yīng)應(yīng)用過程，此時AO被設(shè)成最?。徊⒃O(shè)置傳輸狀態(tài)第三位——主變量模擬輸出固定；上限/下限報警無效。如果Polling地址被改回0，則主變量AO重新處于活動狀態(tài)，也能夠響應(yīng)應(yīng)用過程。 請求： 字節(jié)0：設(shè)備的Polling地址 響應(yīng)： 字節(jié)0：設(shè)備的Polling地址 HART命令7： HART命令8： HART命令9： HART命令10： HART命令11：用設(shè)備的Tag讀設(shè)備的標識 這是一個數(shù)據(jù)鏈路層管理命令。這個命令返回符合該Tag的設(shè)備的擴展類型代碼、版本和設(shè)備標識碼。當收到設(shè)備的擴展地址或廣播地址時執(zhí)行該命令。響應(yīng)消息中的擴展地址和請求的相同。 請求： 字節(jié)0-5：設(shè)備的Tag，ASCII碼 響應(yīng)： 字節(jié)0： 254 字節(jié)1：制造商ID代碼 字節(jié)2：制造商設(shè)備類型代碼 字節(jié)3：請求的前導符數(shù) 字節(jié)4：通用命令文檔版本號 字節(jié)5：變送器版本號 字節(jié)6：本設(shè)備的軟件版本號 字節(jié)7：本設(shè)備的硬件版本號 字節(jié)8：設(shè)備的Flags 字節(jié)9-11：設(shè)備的標識號 HART命令12：讀消息（Message） 讀設(shè)備含有的消息。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0-23：設(shè)備消息，ASCII HART命名13：讀標簽Tag，描述符Description和日期Date 讀設(shè)備的Tag，Description and Date。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0-5：標簽Tag，ASCII 字節(jié)6-17：描述符，ASCII 字節(jié)18-20：日期，分別是日、月、年-1900 HART命令14：讀主變量傳感器信息 讀主變量傳感器序列號、傳感器極限/最小精度（Span）單位代碼、主變量傳感器上限、主變量傳感器下限和傳感器最小精度。傳感器極限/最小精度（Span）單位和主變量的單位相同。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0-2：主變量傳感器序列號 字節(jié)3：主變量傳感器上下限和最小精度單位代碼 字節(jié)4-7：主變量傳感器上限 字節(jié)8-11：主變量傳感器下限 字節(jié)12-15：主變量最小精度 HART命令15：讀主變量輸出信息 讀主變量報警選擇代碼、主變量傳遞（Transfer）功能代碼、主變量量程單位代碼、主變量上限值、主變量下限值、主變量阻尼值、寫保護代碼和主發(fā)行商代碼。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0：主變量報警選擇代碼 字節(jié)1：主變量傳遞Transfer功能代碼 字節(jié)2：主變量上下量程值單位代碼 字節(jié)3-6：主變量上限值 字節(jié)7-10：主變量下限值 字節(jié)11-14：主變量阻尼值，單位秒 字節(jié)15：寫保護代碼 字節(jié)16：商標發(fā)行商代碼Private Label Distributor Code HART命令16：讀最終裝配號 讀設(shè)備的最終裝配號。 請求：無 響應(yīng)： 字節(jié)0-2：最終裝配號 HART命令17：寫消息 寫消息到設(shè)備。 請求： 字節(jié)0-23：設(shè)備消息，ASCII 響應(yīng)： 字節(jié)0-23：設(shè)備消息，ASCII HART命令18：寫標簽、描述符和日期 寫標簽、描述符和日期到設(shè)備。 請求： 字節(jié)0-5：標簽Tag，ASCII 字節(jié)6-17：描述符Descriptor，ASCII 字節(jié)18-20：日期 響應(yīng)： 字節(jié)0-5：標簽Tag，ASCII 字節(jié)6-17：描述符Descriptor，ASCII 字節(jié)18-20：日期 HART命令19：寫最后裝配號 寫最后裝配號到設(shè)備。 請求： 字節(jié)0-2：最終裝配號 響應(yīng)： 字節(jié)0-2：最終裝配號 工作方式 “HART”是高速可尋址遠程傳感器的縮寫。HART協(xié)議利用貝爾202頻移鍵控（FSK）標準，將低電平的數(shù)字通信信號疊加在4 - 20mA之上。 這項技術(shù)實現(xiàn)了雙向現(xiàn)場通信，并使得同智能現(xiàn)場儀表傳輸比一般過程變量更多的信息成為可能。HART協(xié)議以1200 bps的速率通信，而不影響4 - 20mA信號，并允許一個主機應(yīng)用程序（主設(shè)備），從智能現(xiàn)場設(shè)備每秒獲取兩次或兩次以上的數(shù)字更新。由于數(shù)字FSK信號是相位連續(xù)的，因而不會對4 - 20mA信號造成干擾。 HART技術(shù)是個主/從協(xié)議，這意味著，只有當主設(shè)備發(fā)出信號時，智能現(xiàn)場（從）設(shè)備才會發(fā)送信號。HART協(xié)議可在多種模式下使用，如點到點或者多點模式，在智能現(xiàn)場儀表和中央控制或監(jiān)測系統(tǒng)之間傳輸信息。 HART通信發(fā)生在兩個具有HART功能的設(shè)備之間，通常是智能現(xiàn)場設(shè)備和控制或監(jiān)測系統(tǒng)之間。通信使用標準的儀器級電纜，并且使用標準的接線和終端處理方式。 HART協(xié)議提供兩個同步通信通道：4 - 20mA模擬信號和一個數(shù)字信號。4 - 20mA信號利用4 - 20mA的電流回路 – 它是最快和最可靠的業(yè)界標準，來傳輸主要的測量值（在現(xiàn)場儀表的情況下）。另外，HART利用疊加在模擬信號之上的數(shù)字信號，來傳輸其它的設(shè)備信息。 數(shù)字信號中包含了來自設(shè)備的信息，包括設(shè)備狀態(tài)、診斷、額外的測量或計算值等。這兩個通信通道結(jié)合起來，提供了一種易于使用和配置的低成本、高度可靠的、完整的現(xiàn)場通信解決方案。 HART協(xié)議最多可有兩個主設(shè)備（第一主設(shè)備和第二主設(shè)備）。這使得可以利用第二主設(shè)備，例如手持通信器，而不會對第一主設(shè)備，如控制/監(jiān)測系統(tǒng)的通信造成干擾。 HART協(xié)議允許與現(xiàn)場設(shè)備之間的所有數(shù)字通信，可采用點到點或多點模式的網(wǎng)絡(luò)配置： 多點模式的配置 還有一個可選的“猝發(fā)”通信模式，其中單個從設(shè)備可連續(xù)廣播標準的HART回復信息。這一可選的“猝發(fā)”通信模式有可能采用更高的更新速率，并且使用通常只限于點到點的配置 通信優(yōu)勢 在模擬信號環(huán)境中工作的自動化工程師經(jīng)常會說，“要是我不去現(xiàn)場，就能獲得設(shè)備信息的話…”或者“要是我能將那個壓力變送器的這項配置信息存入我的電腦的話…”。有了HART，他們就不再需要說出“要是”這樣的話了。世界各地已經(jīng)認識到HART通信優(yōu)勢，當使用具有HART功能的手持式測試、校準設(shè)備和便攜式電腦時，他們在現(xiàn)場就能便捷地獲取設(shè)備的信息。事實上，設(shè)備的測試、診斷和配置從未變得如此的簡單！ 然而，許多人尚未認識到HART技術(shù)的最大優(yōu)勢，這些優(yōu)勢來自與實時的資產(chǎn)管理和/或控制系統(tǒng)的全天候連接。 HART技術(shù)可以幫助您： 利用整套智能設(shè)備數(shù)據(jù)的能力，來提升運營能力。對設(shè)備、產(chǎn)品或工藝性能出現(xiàn)變化進行早期預警。 縮短發(fā)現(xiàn)到解決問題的故障排除時間。 不斷驗證回路和控制/自動化系統(tǒng)策略的完整性。 提高資產(chǎn)效率和系統(tǒng)可用性。 降低維護成本 快速確定和驗證控制回路和設(shè)備配置。 使用遠程診斷，以減少不必要的現(xiàn)場檢查。 捕獲性能趨勢數(shù)據(jù)，以進行預測性維護診斷。 減少備件庫存和設(shè)備管理成本。 提高工廠的可用性 將設(shè)備和系統(tǒng)集成起來，以檢測先前檢測不到的問題。 實時檢測設(shè)備和/或過程的連接問題。 通過獲取新的早期預警，以減少偏差造成的影響。 避免非計劃停機或過程中斷所引起的高成本。