摘 要:HART協(xié)議是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道通信協(xié)議融蹂，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信荸速，用來(lái)連接變送器和調(diào)節(jié)閥定位器木冈。它的典型應(yīng)用是遠(yuǎn)程組態(tài)儀表和診斷赵溢。本文以BZ25．1工程為背景夷硅，介紹HART協(xié)議儀表在海上采油平臺(tái)上的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：HART歧余；數(shù)字通訊：模擬信號(hào)
　　過(guò)程工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向數(shù)字化氢滋、網(wǎng)絡(luò)化的變遷是過(guò)程控制領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)具有節(jié)約布線(xiàn)費(fèi)用跟努、操作靈活价忙、可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、可實(shí)現(xiàn)互操作等優(yōu)點(diǎn)垛撬，因此它已成為公認(rèn)的過(guò)程控制的發(fā)展方向皮围。但是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)在功能上還不能完全取代已經(jīng)發(fā)展得比較完善的DCS。在這種情況下达快，HART協(xié)議作為一種兼容原有4mA-20 mA模擬信號(hào)的數(shù)字通訊方式產(chǎn)生了捏裂。HART是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道開(kāi)放通訊協(xié)議，它是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫(xiě)甸胃。最早由Rosemount公司于1986年開(kāi)發(fā)并得到多家著名儀表公司的支持吩屹，在1993年成立了HART通信基金會(huì)HCF（HARTCommunication Foundation）。這種被稱(chēng)為可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議拧抖，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信煤搜，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中過(guò)渡性產(chǎn)品。HART協(xié)議目前已被認(rèn)為是事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)唧席，但是宅楞，它僅僅是一個(gè)過(guò)渡性協(xié)議，還不是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)袱吆。
1 HART協(xié)議基本原理
1．1 HART協(xié)議網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]
　　HART協(xié)議參考ISO／OSI（開(kāi)放系統(tǒng)互連模型）厌衙，采用了它的簡(jiǎn)化三層模型結(jié)構(gòu)，即第一層物理層绞绒、第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層（如圖1所示）婶希。

　　物理層規(guī)定信號(hào)的傳輸方法、傳輸介質(zhì)蓬衡。
　　HART協(xié)議在4mA～20mA的模擬信號(hào)上迭加了一個(gè)基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK（Frequency ShiftKey．ing）頻移鍵控音頻數(shù)字信號(hào)喻杈。是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的半雙工電流信號(hào)和數(shù)字通信方式。1200Hz代表邏輯“0”狰晚、2200Hz代表邏輯“1”筒饰；信號(hào)的傳輸速率為1200位／s须彼；信號(hào)的幅值為0．5mA （如圖2所示）。由于FSK信號(hào)的平均值為0捶益，所以不影響傳送給控制系統(tǒng)的模擬信號(hào)的直流分量大小司箫。只要用低通濾波器濾去數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)可以正常工作锌拾。保證了模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的兼容性绕众。（如圖3所示）。HART通訊介質(zhì)采用普通的雙絞線(xiàn)就可以肴摊，線(xiàn)路總阻抗應(yīng)在230Ω－1100Ω之間姆已。

1．1．2數(shù)據(jù)鏈路層
　　數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了數(shù)據(jù)幀格式和數(shù)據(jù)通信規(guī)程。數(shù)據(jù)幀的格式如圖4所示碉晾，最長(zhǎng)為25個(gè)字節(jié)急响。HART協(xié)議是主，從控通信協(xié)議陋窗，系統(tǒng)允許有2個(gè)主設(shè)備嘱悄，最多15個(gè)從設(shè)備。其中揩页，主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)為請(qǐng)求幀；而從設(shè)備向主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)為響應(yīng)幀烹俗。響應(yīng)幀只比請(qǐng)求幀多了響應(yīng)碼爆侣，而響應(yīng)碼表示出錯(cuò)狀態(tài)。若為0幢妄，表示回答數(shù)據(jù)正確兔仰。否則回答出錯(cuò)。
　　每個(gè)字節(jié)由11位組成蕉鸳，其中包括一個(gè)起始位乎赴、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1個(gè)停止位潮尝。
1．1．3 應(yīng)用層
　　應(yīng)用層提供了256個(gè)HART通信協(xié)議命令榕吼。命令分為3類(lèi)。第1類(lèi)為通用命令勉失，適用于所有符合HAR1協(xié)議的產(chǎn)品羹蚣，如讀主變量的值和單位等。第2類(lèi)為普通應(yīng)用命令乱凿，適用于大部分HART產(chǎn)品忘当，但不同的產(chǎn)品會(huì)有區(qū)別，如寫(xiě)主變量帝璃。第3類(lèi)為特殊命圈蛹，是各個(gè)廠(chǎng)家所特有的命令肃刁，不互相通用。
1．2 HART協(xié)議儀表系統(tǒng)的功能[2]
　　每一個(gè)HART儀表的數(shù)字信號(hào)中平均能提供35—40項(xiàng)信息奇茫。
1．2．1便于儀表和控制回路的調(diào)試
　　HART儀表都能提供儀表本身的信息孙泵。包括儀表的型號(hào)、測(cè)量范圍褐泊、制造廠(chǎng)名稱(chēng)芦槽、材料、工位號(hào)等杯娶。因此黎伤，調(diào)試人員從屏幕上就能知道各個(gè)工位上安裝的儀表是否是正確的儀表，而不必到現(xiàn)場(chǎng)去一一確認(rèn)栅苞。HART儀表還能提供儀表組態(tài)的量程范圍催舅，量程上下限值。這些組態(tài)參數(shù)是否與DCS系統(tǒng)中相應(yīng)的組態(tài)參數(shù)匹配蓄氧，這在調(diào)試中是很關(guān)鍵的函似。如果兩者不匹配，就會(huì)引起控制策略不能正常執(zhí)行喉童，或者引起虛假報(bào)警撇寞。利用HART儀表的信息就可以很方便地在屏幕上加以確認(rèn)，并進(jìn)行參數(shù)的重新整定堂氯。調(diào)試人員還可以在控制回路調(diào)試時(shí)通過(guò)HART通訊使HART儀表輸出一個(gè)指定的模擬信號(hào)蔑担，然后觀(guān)察控制回路的動(dòng)作，以確定控制回路是否能正常工作咽白。也可以利用這種方法來(lái)啟動(dòng)報(bào)警或安全連鎖系統(tǒng)啤握，確認(rèn)這些系統(tǒng)的動(dòng)作是否正確。
1．2．2 在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)協(xié)助運(yùn)行人員做出正確的判斷減少系統(tǒng)意外停車(chē)
　　在系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的報(bào)警或異常無(wú)非是過(guò)程引起的或者是儀表引起的晶框。HART通訊可以幫助運(yùn)行人員判斷是否有儀表引起異常排抬。由于HART儀表在每一次通訊中都給出儀表的狀態(tài)信息，因此運(yùn)行人員可以非常確切地知道現(xiàn)在有哪些儀表的工作是正常的授段。從而他們可以把注意力放到那些提供故障信息或者不確定信息的儀表上蹲蒲。大大縮小了他們的監(jiān)視范圍。一旦出現(xiàn)報(bào)警悄函，他們能夠準(zhǔn)確地判斷是儀表的原因镀材，還是過(guò)程的原因。HART儀表還可以對(duì)其輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證蒜材。當(dāng)運(yùn)行人員懷疑某臺(tái)儀表的模擬信號(hào)有問(wèn)題時(shí)忍具，他們可以將其與該儀表的同一個(gè)過(guò)程變量的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比較，來(lái)判斷信號(hào)是否出現(xiàn)了問(wèn)題抖臭。美國(guó)有一家煉油廠(chǎng)因?yàn)橐慌_(tái)液位變送器的輸出信號(hào)連接處出現(xiàn)結(jié)露却怪，而引起部分短路晚饰，但運(yùn)行人員又無(wú)法判斷信號(hào)的可信性，最終造成溢罐工廠(chǎng)全部停工殷感，直接損失3O萬(wàn)美元窃橄。
      如果采用HART儀表，就可以避免這類(lèi)損失熏迷。在一些安全連鎖系統(tǒng)中還可以直接引入HART儀表的狀態(tài)信息赵腰，一旦儀表出現(xiàn)故障信息就可以直接觸發(fā)安全系統(tǒng)動(dòng)作，不必等到過(guò)程發(fā)生大的偏差后再報(bào)警動(dòng)作谐歪，提高了控制系統(tǒng)的安全性敦间。
1．2.3 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)管理大大提高了儀表維護(hù)工作的效率
　　首先，維護(hù)人員可以根據(jù)HART儀表的信息建立一個(gè)該儀表的私人檔案束铭，包括儀表的型號(hào)廓块、制造廠(chǎng)、使用日期契沫、所在工位带猴、校驗(yàn)日期和結(jié)果、采用的特殊材料或者灌沖液體等懈万。其次拴清，由于HART儀表不斷向系統(tǒng)提供儀表自身的狀態(tài)信息。因此会通，儀表維修人員對(duì)在線(xiàn)儀表的工作狀態(tài)十分清楚口予。不像采用模擬儀表時(shí)只能依靠經(jīng)驗(yàn)和推理來(lái)懷疑某臺(tái)儀表有問(wèn)題，然后到現(xiàn)場(chǎng)去拆卸送到儀表車(chē)間校驗(yàn)渴语，而結(jié)果往往儀表是正常的∑煌現(xiàn)在昆咽，維修人員到現(xiàn)場(chǎng)去是有的放矢驾凶，不但減少了去現(xiàn)場(chǎng)的次數(shù)，而且不會(huì)空跑鉴梦。如果發(fā)現(xiàn)儀表故障信息后氛灸，再對(duì)儀表進(jìn)行深一步的詢(xún)查，還可以從HA RT儀表的信息中得到更為詳細(xì)的故障信息逐茄。能夠初步判斷儀表的故障類(lèi)型剑碌。因此可以攜帶正確的工具和備件到現(xiàn)場(chǎng)去，避免無(wú)謂的來(lái)回跑動(dòng)张域。另外孟溯，還可以根據(jù)HART儀表內(nèi)部的統(tǒng)計(jì)信息預(yù)測(cè)儀表需要維修的日期。這主要用于閥門(mén)等有磨損產(chǎn)生的儀表蚪录。HART儀表可以對(duì)閥桿的動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)呜款，可以計(jì)算閥桿的累計(jì)運(yùn)動(dòng)里程數(shù)耸壮。當(dāng)這個(gè)數(shù)字與制造廠(chǎng)提供的部件壽命指標(biāo)接近時(shí)，就表示這臺(tái)閥門(mén)將需要維修了剩症。這樣的預(yù)測(cè)笑驶，工廠(chǎng)可以更合理地配備維修資源，在最合適的時(shí)機(jī)購(gòu)買(mǎi)備件胞饭，把維修計(jì)劃制定得更科學(xué)嫌变，對(duì)一些隨著時(shí)間會(huì)發(fā)生性能老化的傳感器也可以采用這種預(yù)測(cè)方法。
1．2．4 利用HART儀表中的多個(gè)過(guò)程變量測(cè)量值或者采用多掛接方式可以節(jié)省儀表的數(shù)量
　　一般HART儀表可以提供最多四個(gè)變量的測(cè)量值躬它。把這些信號(hào)利用起來(lái)可以減少儀表的數(shù)量腾啥，也可以減少主設(shè)備上的儀表安裝孔。
　　如果過(guò)程對(duì)數(shù)據(jù)更新的速度要求很低虑凛，還可以采用多掛接的方式碑宴，能節(jié)省電纜端子板配電器等設(shè)備的數(shù)量。
2 HART儀表在BZ 25．1采油平臺(tái)上的應(yīng)用[2]
　　有兩種方式可以把HART表和控制系統(tǒng)聯(lián)接在一起桑谍。有些公司把HART作為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置延柠，所有I，O模塊都能接受HART數(shù)字信號(hào)锣披，例如Emerson的Delta—V系統(tǒng)贞间；有些公司則采用把HART信號(hào)轉(zhuǎn)為RS-485的多路切換器，通過(guò)RS-485傳送HART信號(hào)到控制系統(tǒng)雹仿。BZ 25一1采油平臺(tái)上的控制系統(tǒng)采用的是第二種方式增热。
2．1系統(tǒng)接線(xiàn)圖
　　采用HART協(xié)議的表，接到控制系統(tǒng)中時(shí)胧辽，需要在原有的端子排和I／O卡之間多加一個(gè)HART接口板嗤矾。這塊HART接口板的作用是把復(fù)合有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)一分為二。傳統(tǒng)的模擬信號(hào)送往I／O卡悄锈，數(shù)字信號(hào)送往HART復(fù)用器拒牡。HART復(fù)用器中的從復(fù)用器經(jīng)過(guò)主復(fù)用器復(fù)合后，再經(jīng)過(guò)一個(gè)5轉(zhuǎn)換器菌渐，最終與操作站聯(lián)在一起（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖5）随去。

2．2 HART接口板
　　HART接口板可以接l6路HART智能儀表輸入，濾出的HART信號(hào)通過(guò)26芯的排線(xiàn)送給HART復(fù)用器暖娃，濾掉HART信號(hào)后剩下的模擬信號(hào)由HART接口板送往I／O卡扔泵。它的型號(hào)為FI-PFH．NS0137。接口板對(duì)應(yīng)圖5中下部或圖6右上部力浅。

2.3 HART主/從復(fù)用器
　　主復(fù)用器有三個(gè)功能：接收HART接口板送來(lái)的l6路儀表的HART信號(hào)闭厕；接收從HART復(fù)用器送來(lái)的信號(hào)；通過(guò)串口與操作站通訊。它的型號(hào)為KFD2．HMM．16多吁。
　　從復(fù)用器有兩個(gè)功能粟翔。接收HART接I：I板送來(lái)的16路儀表表的HART信號(hào)；發(fā)送信號(hào)到HART主復(fù)用器讼载。它的型號(hào)為KFD2．I-IMS．16轿秧。
2．4 RS-232／485轉(zhuǎn)換器及操作站
　　主復(fù)用器的輸出為Rs485。為了與計(jì)算機(jī)相聯(lián)咨堤，需加一個(gè)RS-485／RS菇篡。232轉(zhuǎn)換接頭。主復(fù)用器的信號(hào)送到操作站上之后一喘，通過(guò)一套特殊的軟件可以實(shí)現(xiàn)前文所述HART智能儀表的各種功能驱还。
3 結(jié)論
　　和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)HART協(xié)議更加完整凸克，更加先進(jìn)议蟆。但是，在HART儀表已經(jīng)相當(dāng)普及的情況下萎战，用戶(hù)只要花很少的投資就可以享受到許多實(shí)實(shí)在在的好處咐容。HART儀表可以涵蓋平臺(tái)儀表系統(tǒng)中的過(guò)程控制和關(guān)斷兩個(gè)子系統(tǒng)，而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通常只能應(yīng)用到過(guò)程控制子系統(tǒng)中蚂维。
參考文獻(xiàn)
1 吳志揚(yáng)．HART系列講座．北京戳粒，中國(guó)工控網(wǎng)，2003．
2 董景辰．HART協(xié)議給我們帶來(lái)了什么．北京侦广，自動(dòng)化博覽恼芙，2003．
3 Honeywel1．Manual of HART Multiplexer．天津，BZ 25-1中控系統(tǒng)完工文件成猴，2004．

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)龟冻，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀(guān)點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)陶份，也不構(gòu)成任何其他建議陋抵。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳骨惫，對(duì)此類(lèi)作品本站僅提供交流平臺(tái)钱挺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)惕拍。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻蜀勃、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題狼棠，請(qǐng)第一時(shí)間告知驼鳞，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話(huà)：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn臼婆。