很多年以來,4～20ｍＡ信號一直成為現(xiàn)場儀表信號傳輸標準,在過程自動化設(shè)備之間信息通信受到了極大的限制,僅能得到與過程變量成正比的電流信號。1989年Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ首先制訂了ＨＡＲＴ高速可尋址遠程傳感器協(xié)議,引起了現(xiàn)場儀表通訊標準的技術(shù)革命,在工業(yè)過程中作為現(xiàn)場智能儀表數(shù)字通訊標準廣為應用。

　　為滿足工業(yè)過程對ＨＡＲＴ協(xié)議的日益需求,在1993年成立ＨＡＲＴ通訊基金會。ＨＡＲＴ基金會是一個獨立的、非盈利機構(gòu),它的主要職責是制訂、維護及升級ＨＡＲＴ協(xié)議標準,登記注冊會員、提供對應用ＨＡＲＴ技術(shù)在全球范圍內(nèi)的技術(shù)支持和培訓。目前,世界上已有90%的智能儀表采用了ＨＡＲＴ協(xié)議,主要的儀表供應廠商都提供支持ＨＡＲＴ協(xié)議的智能儀表,如ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ、ＦＯＸＢＯＲＯ、ＡＢＢ、Ｅ＆Ｈ、ＳＭＡＲ等儀表制造商。約有90%的智能儀表支持ＨＡＲＴ協(xié)議,開發(fā)符合ＨＡＲＴ協(xié)議的新類型儀表和制造廠商正持續(xù)快速增長。

　　1.ＨＡＲＴ協(xié)議

　?。龋粒遥詤f(xié)議采用在4～20ｍＡ模擬信號上疊加音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊,而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。ＨＡＲＴ協(xié)議遵循ＩＳＯ制訂的ＯＳＩ開放式系統(tǒng)互連參考模型,采用了ＯＳＩ模型的第一層、第二層和第七層,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。

　　傳輸是基于ＢＥＬＬ202通訊標準,采用ＦＳＫ（頻移鍵控）方法,數(shù)字信號的傳送波特率設(shè)定為1200ｂ/ｓ,數(shù)字信號“0”和“1”分別用1200Ｈｚ和2200Ｈｚ的正弦波表示,這些頻率的正弦波疊加在模擬信號上一起傳送,如上圖所示。由于ＦＳＫ信號平均值為零,對模擬信號不會產(chǎn)生任何影響。通常采用雙絞同軸電纜作為傳輸介質(zhì)時,最大傳輸距離可達到3000ｍ。

　　1.2數(shù)據(jù)鏈路層

　　數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了ＨＡＲＴ幀的格式,實現(xiàn)建立、維護、終結(jié)鏈路通訊功能,ＨＡＲＴ協(xié)議根據(jù)冗余檢錯碼信息,采用自動重復請求發(fā)送機制,消除由于線路噪音或其它干擾引起的數(shù)據(jù)通訊出錯,實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)無差錯傳送。

　?。?）ＨＡＲＴ幀

　?。龋粒遥詤f(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)通訊按幀的格式傳送,ＨＡＲＴ幀由鏈路同步信息、尋址信息、用戶數(shù)據(jù)以及校驗和組成,ＨＡＲＴ幀又被分為請求幀、應答幀和陣發(fā)幀。請求幀和應答幀的主要差別在于應答幀包含了數(shù)據(jù)通訊狀態(tài)和變送器的工作狀態(tài)。

　　2）ＨＡＲＴ幀編碼

　　ＨＡＲＴ幀以8位為一字節(jié)進行編碼,對每一字節(jié)加上起始位,奇/偶校驗位及1位停止位共11位傳送,保證了對每個字節(jié)進行數(shù)據(jù)傳輸同步。

　?。?）數(shù)據(jù)鏈路層服務

　?。龋粒遥詤f(xié)議采用類似“令牌”方式訪問通訊鏈路,它不是在通訊鏈路上循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)令牌,只有得到令牌的站點可以訪問鏈路,而是采用設(shè)定定時器時間常數(shù)保證所掛設(shè)備能夠訪問鏈路。

　?。龋粒遥詤f(xié)議把鏈路上所掛設(shè)備分為三類:第一類為第一主設(shè)備,如:控制系統(tǒng)和第二主設(shè)備,如:手持器;第二類為從設(shè)備表示現(xiàn)場儀表按請求/應答方式進行數(shù)據(jù)通訊;第三類為陣發(fā)設(shè)備表示現(xiàn)場儀表可以按請求/應答方式數(shù)據(jù)通訊,還支持陣發(fā)功能以陣發(fā)方式周期性地廣播數(shù)據(jù),ＨＡＲＴ協(xié)議把陣發(fā)功能作為現(xiàn)場儀表的一種可選功能,設(shè)備聯(lián)接拓撲結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。通常ＨＡＲＴ協(xié)議按主/從方式通訊,通訊由主設(shè)備發(fā)起,從設(shè)備先“聽”后“答”,第一主設(shè)備和第二主設(shè)備以相同的優(yōu)先權(quán)輪流訪問通訊鏈路,但設(shè)定了不同的定時時間常數(shù)以防止“死鎖”,避免兩個主設(shè)備同時訪問鏈路。當某一主設(shè)備通訊結(jié)束后,需要首先偵聽載波,等待一段時間以確保另一主設(shè)備能夠訪問通訊鏈路,若鏈路上有載波存在,該主設(shè)備放棄使用鏈路;若定時時間溢出,該主設(shè)備可以繼續(xù)訪問通訊鏈路。當通訊鏈路上存在陣發(fā)設(shè)備時,一主設(shè)備只有在陣發(fā)設(shè)備陣發(fā)給另一主設(shè)備通訊結(jié)束之后,方可訪問通訊鏈路。

　　1.3應用層

　　應用層執(zhí)行主設(shè)備所請求的命令,ＨＡＲＴ協(xié)議把命令分為通用命令、常用命令及專用命令,通用命令表示符合ＨＡＲＴ協(xié)議的現(xiàn)場儀表所必須執(zhí)行的功能,在一定程度上保證了現(xiàn)場儀表的互操作性,常用命令表示大多數(shù)現(xiàn)場儀表所執(zhí)行的功能,專用命令表示現(xiàn)場儀表所實現(xiàn)的特殊功能,如:傳感器特征化、過程積算、ＰＩＤ運算實現(xiàn)就地控制。按功能又可把命令分為現(xiàn)場儀表管理命令,儀表變量相關(guān)信息讀寫命令,操作方法相關(guān)命令。

　?。?）現(xiàn)場儀表管理命令獲取現(xiàn)場儀表的管理信息,如:讀取儀表的制造廠商及設(shè)備型號,儀表的硬件、軟件版本號,工位號,裝配號,描述符（如說明儀表的安裝位置）,日期（如校驗、安裝維護時間）。儀表的輪詢地址等。

　?。?）儀表變量相關(guān)信息讀寫命令按設(shè)定單位返回儀表檢測過程變量,輸出電流及百分數(shù),對于多傳感器變送器,執(zhí)行一次通訊,主設(shè)備可以獲取至多4個變量數(shù)值;讀取傳感器信息如:傳感器序列號,單位代碼和極限值;讀取變量信息如:變量單位、變量運算函數(shù)代碼、量程范圍和阻尼值,可以設(shè)定或校正變送器零點和量程,設(shè)定變量的阻尼時間常數(shù)及運算方式如:線性運算、平方運算、開方運算、按特定曲線進行運算處理等。

　?。?）操作方法相關(guān)命令設(shè)定模擬電流固定輸出進行回路測試,對模擬電流輸出零點和增益微調(diào),儀表自診斷、自校正等。

　　1.4設(shè)備描述（ＤＤ）

　?。龋粒遥詤f(xié)議通用命令、常用命令在一定程度上保證了現(xiàn)場儀表的互操作性,設(shè)備描述ＤＤ詳細地描述了現(xiàn)場儀表的外部特性:變量,命令集,操作方法如:儀表校正、模擬輸出微調(diào)、變量關(guān)系、變量集合、人機界面等。它相當于ＯＳＩ參考互聯(lián)模型的頂層“用戶層”,在主設(shè)備中類似于設(shè)備驅(qū)動程序,真正地實現(xiàn)了儀表互操作性,同時ＤＤ解決了現(xiàn)場儀表與主設(shè)備開發(fā)的相互依賴關(guān)系,儀表更新?lián)Q代、新型儀表開發(fā)及主設(shè)備升級互不影響,主設(shè)備只需升級ＤＤ的版本或裝入新型ＤＤ,如同升級打印機驅(qū)動程序一樣簡單。

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