内容
- 在固定电话时代，我们可能会注意到来电显示功能，以获得来电者信息，知道“谁在呼叫”。
- 在工业自动化网络中，基于微处理器的智能现场设备完成“谁”的工作。
- 除此之外，HART通信允许主机系统向智能仪器发送数据
哈特概述
- 高速公路可寻址远程传感器缩写为HART。
- HART在20世纪80年代末问世
- HART是基于来电显示技术的模拟电话系统
- HART协议被认为是一种标准方法，用于在智能或智能现场仪器之间交换数字信息，并通过模拟电缆控制DCS、PLC或手持通信器等主机系统。
- HART是一种双向通信协议。
- 在当今的技术中，安装在各种流程工业中的大多数智能或智能现场设备都是智能启用的。
- 主机可以是任何软件应用程序，从技术人员的手持设备或桌面到工厂的过程控制系统、资产管理、安全或使用任何控制平台的其他系统。欧宝体育登录口
HART技术
- HART技术易于用于连续在线诊断。
- 智能仪器的校准和调试非常可靠。
- 主机与智能设备的通信有几个原因。这些包括,
- 设备配置或重新配置
- 设备诊断
- 设备故障排除
- 读取现场设备生成的其他过程变量。
- 设备卫生
- 设备状态等等。
它经历了不断的发展，包括现在带有内置无线HART通信的自动化产品。
HART协议是如何工作的?
- HART协议采用频移键控(FSK)方法在4-20mA顶部的低电平重叠数字通信信号。
- HART通信器赋予两个同时通信信道一个4-20mA模拟信号，另一个数字信号。
- 在现场仪器的情况下，4 20mA的模拟电流信号通过为仪器供电的电缆使用4-20mA电流回路传输主要过程变量。
- 然后，主机系统根据HART软件定义的参数将当前信号转换为物理量。例如，4ma = 40摄氏度。
- 附加的设备信息通过叠加在模拟信号上的数字信号进行接口。
- 数字信号由来自现场设备的信息组成，如设备状态、诊断、额外的测量或计算值等。
HART通信协议
- HART通信协议使用频移键控(FSK)原理在Bell 202电话通信标准上工作。
- 数字信号表示位1和位0，并分别包括1,200Hz和2,200Hz的两个频率值。
- 这两个频率的正弦波叠加在直流模拟信号电缆上，用于同时进行模拟和数字通信。
- 由于FSK信号的平均值始终为零，因此4 ~ 20 mA的模拟信号不受影响。
- 在不中断模拟信号的情况下，数字通信信号的响应时间可达每秒2到3次数据更新
- 对于通信，最小环路阻抗要求为230欧姆。
- HART协议实现了与智能现场仪器之间的双向现场通信。
- HART协议以1200bps的速度进行通信，不会干扰4到20mA的信号。
- HART协议允许主设备每秒钟从智能现场设备获得更多数字更新。
- 由于数字FSK信号是相位连续的，因此与4-20mA模拟信号没有冲突。
- HART技术是一种主/从协议，在该协议中，被称为智能现场设备的从设备只有在被主设备呼叫时才允许说话。
- HART协议也可以用于不同的模式，如点对点通信信息与智能现场仪器和中央控制或监控系统。
- HART通信只存在于2个或更多支持HART的设备之间，它们可能是智能现场设备和控制系统或监控系统。通信使用标准仪表级电线和传统接线和终端实践。
什么是Bell 202电话通信标准?
- 贝尔202电话通信标准是由贝尔系统公司于1976年初开发的。
- 它指定音频频移键控(a - fsk)以每秒1200位的速率进行编码和数据传输，具有半双工模式。
- 该系统有单独的1200bps和300bps电路组。
频移键控
- 频移键控(FSK)是一种通过离散信号传输数字信号的方法。
- 逻辑0(低)和逻辑1(高)是二进制频移键机制中的两个二进制状态，由模拟波形表示。
- 什么是偏差或移点?
- 偏差或偏移点是逻辑0和逻辑1之间的距离。
- 逻辑0状态由特定频率的波描述，逻辑1状态由与逻辑0相反的波描述。
- 调制解调器将从计算机接收到的二进制数据转换为FSK格式，并通过电话线、电缆、光纤或无线媒体进行传输。
- 调制解调器还将传入的FSK信号转换为数字低电平和高电平，以便计算机从二进制的角度进行理解。
哈特网络
HART协议允许在两种网络配置下与现场设备进行数字通信
点对点配置
- 在点对点配置中，采用传统的4 ~ 20ma模拟信号通信一个过程变量，而配置参数采用HART协议数字传输。
- 在这里，HART信号不影响4至20 mA模拟信号。
- HART通信信号可访问用于操作、调试、维护和诊断目的的次要变量。
多点配置
- 该模式由可选的“突发”通信组成，用于单个设备传输标准HART信号。
- 在这种模式下，所有的过程变量都是数字传输的。
- 突发通信模式提供了更高的更新速率，这通常限制于点对点配置。
- 这种多滴模式只需要一个单对电线，如果适用，为10个以上的现场设备提供安全屏障和辅助电源。
- 多点模式下的现场设备轮询地址大于零。
- 通过每个仪器的电流信号被限制在最小值4 mA。
通信模式
主从模式
- HART是一种主从通信协议。
- 每个现场设备或从通信都由主设备初始化。
- 两台主设备可以相互连接，形成HART环路。
- 一般来说，主主机可能是分布式控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)或个人计算机(PC)。
- 但是，辅助主机可能是手持终端或另一台PC。
- 从设备包括现场仪器，如变送器、执行器和控制器，它们响应主主机或副主机发出的命令。
突发模态
- 有一些HART通信器支持可选的突发通信模式。
- 突发模式使通信速度更快，每秒可以更新3到4个数据。
- 在突发模式下，主设备命令从设备传输一个标准的HART消息，例如进程变量。
- 此消息以较高的速率被主服务器接收，直到它指示从服务器终止爆发。
设备描述
- 一些HART配置器使用设备描述(DD)来接收有关过程变量和HART现场设备功能的详细信息。
- 此设备描述(DD)包含主机应用程序与现场设备通信所需的信息。
- DDL (HART Device Description Language)用于编写设备描述。
- 设备描述以标准语言提供了每个参数和功能的详细表示。
- 设备描述将主机应用程序所需的所有信息合并到一个结构化文件中。
- 设备描述指出了支持的常见实践命令以及所有设备特定命令的格式和结构。
- HART现场设备的设备描述与计算机打印机驱动程序相同。
- 设备描述根除主机供应商开发和支持自定义接口和驱动程序。
- HART设备的源文件类似于用C编程语言编写的文件。
- 设备描述文件提交到HCF DD库进行HCF注册。
- 确保每个DD的规格符合质量检查要求。
- HCF DD库是管理和分发所有HART DD的起源，以加快它们在pc和手持终端等主机应用程序中的使用。
HART协议在工业自动化中的好处是什么?
HART方案的好处
- 有助于更好地使用设备数据，优化其功能容量。
- 通过识别潜在的问题，减少由于设备故障造成的停工。
- 最大限度地降低设备维护和库存成本。
- 减少识别和解决所发生问题之间的时间。
- 通过先进的诊断提高安全完整性级别。
- 为遵从性目的自动化记录保存。
- 当用于调试，校准和连续在线诊断HART技术使用简单，可靠性高
- 设备配置或重新配置
- 设备诊断相当简单。
- 设备故障处理简单。
- 读取设备提供的附加测量结果。
- 设备状态和运行状况
HART技术帮助我们:
- 优势:具备一整套智能设备数据的能力，便于操作提升。
- 提高资产生产率
- 验证循环的完整性
增加植物可用性
- 实时检测设备连接问题。
- 通过获得警告来最小化方差。
- 集成系统以检测以前未检测到的问题。
- 避免计划外关机。
- 获得设备、产品或过程性能差异的早期警告。
- 加快识别和解决问题之间的故障排除。
降低维护成本
- 控制回路和设备配置的快速验证和验证。
- 通过远程诊断，减少不必要的现场检查。
- 验证趋势数据以进行预测性维护诊断。
- 降低备用设备管理成本。
提高法规遵从性
- 启用自动记录
- 提供自动安全测试和关闭。
- 先进的诊断提高安全完整性水平。
HART技术特点
- 标准HART技术的范围从简单的兼容性到广泛的产品
- 与标准4至20mA接线相似。
- 同时传输数字数据。
- 通过直接菜单驱动的界面实现简单性
- 通过高度精确的方案降低风险
- 应用程序的简单性和效率。
- 产品种类广泛。
- 一个设备独立互操作的平台。
HART协议规范
- HART协议的当前版本是7.3。“7”表示大级，“3”表示小级。
- HART协议实现了OSI模型的1、2、3、4和7层
1.物理层
- 它基于Bell 202标准，使用FSK以1200bps进行通信。
- 信号频率表示位值0和1分别为2200和1200Hz。
- 该信号以低电平叠加在4- 20ma模拟测量信号上。
2.数据链路层
- 这一层定义了一个主从协议
- 在这里，现场设备只有在被呼叫时才会被回复。
- 这一层包括两个主设备控制系统作为主设备，一个手持HART通信器作为次主设备。
- 最多15个从设备可以连接到一个多滴电缆对。
- 计时规则定义了每个主服务器何时可以发起一个通信事务。
3.网络层
- 该层支持路由、端到端安全性和传输服务。
- 它管理对应设备端到端通信的“会话”。
4.传输层
- 这一层确保信号成功地从一个设备传播到另一个设备。
- 这一层确保了端到端的成功通信。
5.应用程序层
- 这一层定义了协议支持的命令、响应、数据类型和状态。
- 这里，协议的公共命令分为四组
- 通用命令:提供所有现场设备均可实现的功能
- 常用操作命令:提供许多现场设备的通用功能。
- 设备相关命令:针对特定的现场设备提供唯一的功能
- 设备族命令:提供一组具有特定测量类型的标准化功能
高级HART应用
- HART协议是显而易见的，因为它使用了HART协议在4-20 mA时的固有特性，用于在同一线路上同时传输模拟和数字通信信号。
- hart兼容发射机有一个内部PID控制器。
- 该设备配置为4至20 mA回路电流与控制PID输出成比例。
- 它用于驱动阀门的位置。
- 控制回路在变送器和控制阀之间执行。
HART协议的缺点
- 在HART中，数字传输速度慢是一个缺点。
- 一个HART多滴环可以同时连接16个HART设备。如果是这种情况，那么模拟信号的值将始终是4mA。
- 在任何时候，它都只能监视一个过程变量。
- 与Profibus和基金会现场总线等其他现场总线系统相比，这种类型的协议稍慢一些。所以这种缓慢的响应时间在一些工业应用中造成了一些问题。
- 在大多数情况下，HART协议的速度足以在简单的监控系统中使用，前提是过程变量不以快速的速度变化。
