HART协议传输原理和特点

HART(Highway Addressable Remote Transducer，可寻址远程传感器高速通道)的开放通信协议，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过10多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。

1、HART协议的传输原理
HART协议采用基于Be11202标准的FSK频移键控信号，在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通信，数据传输率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为O，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA模拟信号传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。

图1 HART协议的传输原理
2、HART协议的三类命令
HART通信采用的是半双工的通信方式，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。HART规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、都执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备(尽管不是全部)中实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能库；第三类称为特殊设备命令，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。
3、HART协议的优点
①HART采用统一的设备描述语言DDL
现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混合信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求，并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设标的双主设备系统。
②HART协议可以双向传送数字信息
采用模拟量信号只能单向传送情息，要么是从设备到主机(输入)，要么是从主机到设备(输出)。而采用HART协议可以双向传送数字信息。这突破了以往传统仪表只能从主机接收控制情的方式-比如阀门控制，也可以向主机传递阀门中的信息状态。同样，以往只能把过程变量发送给监控计算机，现在也可以接收诸如组态设置之类的信息。
③传输信息量大
传统的模拟量和离散量设备只能以单过程变量方式通信-因而很难找到一种简便的方式判定发送的信息是否有效。采用HART不但可以获取过程变址，还可以获得其他类型的信息。毎个HART设备中包括35-40个标准信息项，比如设备状态、诊断报警、过程变量、单位、回路电流、百分比范围、生产商、设备标签，其他的信息还包括：主机以数字方式查询HART设备，并告知设备的设置是否正确，运行是否正常。该功能可免除大多数的日常检验工作，并有助于在故障导致重大问题之前发现过程故障。
④支持多变量处理
数字通信模式下，一对电缆可以处理多个变量。例如，一个变送器可以处理多个传感器的输入。在一个报文中能处理4个过程变量。在任一现场仪表中，HART协议支持256个过程变量。
⑤基金会管理
采用HART时，用户不会受制于某个特定的供应商或地方“标准”。这是由于HART技术并不属于某一家公司，也不受一个国家或标准实体单位的控制。实际上，该技术由不受约束的非盈利性单位HART通信基金会管理。
⑥应用广泛
就过程工业而言，HART是目前世界上广泛采用的协议。可以从不同供应商那里获取近几百种采用HART技术的产品。产品种类的齐全意味着HART产品几乎能够满足所有过程应用场合的需要，并且还可以从多个经销商产品中选择最适合的一款。
⑦完全可互操作性
完全可互操作性意味着无论是哪个供应商的HART兼容产品和主系统都可以协同工作。与HART设备实现兼容，一些主系统采用统一表示的指令，更进一步的系统则采用设备描述以理解所有HART信息。