數字數據通(tōng)信(xìn)現場總(zǒng)綫技術(shù)是當前自動檢測(cè)技術的(dí)熱點之一(yī)。從現場總綫(xiàn)技(jì)術(shù)形(xíng)成來看，它(tā)是控製(zhì)，計(jì)算(suàn)機，通(tōng)信(xìn)，網絡(luò)等(děng)技(jì)術(shù)發展(zhǎn)的必然(rán)結(jié)果(guǒ)；而智能儀表則為現(xiàn)場總綫(xiàn)的出現和應(yīng)用奠定(dìng)了基(jī)礎(chǔ)。為解(jiě)決開放性資源(yuán)的共享標(biāo)題(tí)，從(cóng)用(yòng)戶(hù)到廠(chǎng)商都強(qiáng)烈要求(qiú)形(xíng)成統一標(biāo)準，促(cù)進(jìn)現(xiàn)場(cháng)總綫技(jì)術的(dí)形(xíng)成(chéng)。目前(qián)，幾種有影響的(dí)現場總綫(xiàn)技(jì)術(shù)有：基(jī)金(jīn)會現場總綫，LonWorks，PROFIBUS，CAN，HART，除HART外(wài)，均(jūn)為全數(shù)字(zì)化現場(cháng)總(zǒng)綫協議。

HART協(xié)議概述(shù)

HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠程傳感器(qì)高速通(tōng)道的(dí)開放(fàng)通信協議(yì)是美(měi)國Rosemout公司於(yú)1985年(nián)推出的(dí)一種用於現(xiàn)場智能儀表和(hé)控(kòng)製(zhì)室設(shè)備(bèi)之間的通信協(xié)議。全數字化意(yì)味(wèi)著(zhuó)將(jiāng)取消傳統的模(mó)擬(nǐ)信(xìn)號(hào)的傳(chuán)送方式(shì)，而要(yào)求(qiú)每一(yī)個現場設(shè)備都具(jù)有智能及數字通信的能(néng)力，使(shǐ)得操作人員(yuán)或其(qí)他(tā)設(shè)備(傳感器(qì)，執行(háng)器(qì)等)向(xiàng)現(xiàn)場(cháng)發(fā)送指(zhǐ)令(líng)(如(rú)設(shè)定值(zhí)，量程(chéng)，報警值等)，同(tóng)時也能實時地得到現場設備各(gè)方麵的情(qíng)況(kuàng)(如(rú)測量(liáng)值(zhí)，環(huán)境參數，設備(bèi)運行(háng)情況(kuàng)及(jí)設(shè)備校(xiào)準，自診(zhěn)斷情況，報警信(xìn)息(xī)，故(gù)障(zhàng)數據(jù)等)。此(cǐ)外，原(yuán)來由主(zhǔ)控製器(qì)完成(chéng)的控製(zhì)運算(suàn)也分散到了各個現場設(shè)備(bèi)上(shàng)，大大提高了係(xì)統的可(kě)靠性(xìng)和靈(líng)活性。現場總綫技術關鍵(jiàn)之處在於(yú)係統的開(kāi)放性，強調(tiáo)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的(dí)共(gòng)識與遵從，打破了傳統生(shēng)產廠家各自獨立(lì)標準的局(jú)麵，保(bǎo)證了來(lái)自(zì)不(bù)同(tóng)廠家的(dí)產品可以集成到同一(yī)個現場總綫(xiàn)係統(tǒng)中，並且(qiě)可以(yǐ)通過(guò)網關(guān)與其他係(xì)統共享(xiǎng)資源(yuán)。

目前，一方麵(miàn)現(xiàn)場(cháng)總(zǒng)綫(xiàn)標(biāo)準正(zhèng)處(chǔ)在完(wán)善和發展的(dí)階段，另(lìng)一(yī)方麵傳統的(dí)基(jī)於(yú)(4～20)mA的模(mó)擬設(shè)備還在廣(guǎng)泛(fàn)應用於工業(yè)控(kòng)製各個領域(yù)。因(yīn)此(cǐ)，馬上全(quán)數(shù)字化(huà)是(shì)不(bù)現(xiàn)實(shí)的(dí)。為滿足從(cóng)模(mó)擬到(dào)全數(shù)字(zì)的過渡，HART協議(yì)應(yīng)運(yùn)而生。

HART裝(zhuāng)置(zhì)提供具有(yǒu)相對低的帶(dài)寬(kuān)，適度(dù)響(xiǎng)應(yīng)時(shí)間的(dí)通信，經(jīng)過(guò)10多(duō)年(nián)的發展，HART技(jì)術(shù)在(zài)國(guó)外已經(jīng)十分成熟(shú)，並(bìng)已成為全球智能儀表的工(gōng)業(yè)標(biāo)準。

HART協(xié)議的技(jì)術應用

1，HART通信采用(yòng)的是(shì)半雙(shuāng)工(gōng)的通信方式(shì)

HART協(xié)議(yì)參考(kǎo)ISO/OSI(開放係統互(hù)連(lián)模(mó)型(xíng))，采用了它的簡化(huà)三(sān)層模(mó)型結(jié)構，即di一層物理(lǐ)層，第二層(céng)數據鏈(liàn)路(lù)層(céng)和(hé)第七層應用(yòng)層(céng)。在HART協(xié)議通(tōng)信中(zhōng)，緊張(zhāng)的變(biàn)量(liáng)和控(kòng)製信息由(4～20)mA傳送，在(zài)需要(yào)的(dí)情況下(xià)，另(lìng)外(wài)的測量(liáng)，過程(chéng)參(cān)數，設備組(zǔ)態(tài)，校準(zhǔn)，診斷信(xìn)息通過HART協議訪(fǎng)問。

2，操(cāo)作器(qì)能(néng)從HART儀(yí)表中提取管(guǎn)理信(xìn)息，包括生產廠商，設備(bèi)類(lèi)型，設備編(biān)號，工位號(hào)，日期，描(miáo)述，量(liáng)程(chéng)上(shàng)下(xià)限(xiàn)，zui小(xiǎo)量程(chéng)，傳(chuán)感(gǎn)器(qì)上下限(xiàn)，工程(chéng)單(dān)位(wèi)，阻尼時(shí)間(jiān)，傳(chuán)遞函(hán)數等(děng)信(xìn)息。

3，操作(zuò)器能從HART儀(yí)表(biǎo)中提(tí)取(qǔ)測(cè)量(liáng)信(xìn)息，包括主變(biàn)量，電(diàn)流(liú)，量程(chéng)百分比等。

4，操作(zuò)器(qì)能對(duì)HART儀表(biǎo)進(jìn)行組(zǔ)態,包括節點地址(zhǐ)，主(zhǔ)變量量程上下(xià)限，工程(chéng)單(dān)位，阻尼時(shí)間，傳遞函(hán)數等(děng)。

5，操作器能(néng)對HART儀(yí)表進行(háng)校(xiào)準(zhǔn)，包括4mA，20mA電(diàn)流(liú)校(xiào)準，傳感器(qì)調(tiáo)零，傳(chuán)感器(qì)上下(xià)限(xiàn)校(xiào)準等(děng)。

HART采用(yòng)頻移鍵(jiàn)控(FSK)技(jì)術(shù)。它(tā)基於Bell202通(tōng)信(xìn)標準，在(zài)(4～20)mA模(mó)擬信(xìn)號上疊(dié)加(jiā)不同的頻率信(xìn)號(220Hz吐露體現“0”,1200Hz吐露體現“1”)來傳送數(shù)字信號。HART協議的數據傳(chuán)輸速率為(wéi)1200bps(位/秒(miǎo))。HART現(xiàn)場(cháng)總綫(簡(jiǎn)稱HF)係統采用主(zhǔ)從工作(zuò)方式(shì)：主機(jī)為(wéi)1台IBM-PC機(jī)；從(cóng)機(jī)為1台(tái)或多台遵守(shǒu)HART協議的(dí)HF智能變送器(qì)。當(dāng)從(cóng)機(jī)隻(zhī)有(yǒu)1台HF智能(néng)變(biàn)送(sòng)器(qì)，即智能變(biàn)送(sòng)器工作(zuò)在(zài)點(diǎn)-點方式(shì)下時，可(kě)繼(jì)續使(shǐ)用(yòng)傳(chuán)統(tǒng)的(dí)(4～20)mA信號進行模擬傳(chuán)輸，而測(cè)量(liáng)，調(tiáo)整和測(cè)試數據用(yòng)數字方式傳輸；當從機為多(duō)台HF智能變送器時，即智(zhì)能變(biàn)送(sòng)器工作(zuò)在多(duō)站方式下時,(4～20)mA信號作廢，每(měi)台(tái)變(biàn)送(sòng)器工作(zuò)電流為(wéi)4mA左(zuǒ)右。所有測(cè)量，調整和(hé)測(cè)試數據(jù)均用數字方式傳輸(shū)。由(yóu)於每(měi)台(tái)HF變送(sòng)器有唯(wéi)一的(dí)編號，所(suǒ)以(yǐ)主(zhǔ)機能對每一(yī)台變送(sòng)器(qì)進行操(cāo)作。HART提供設(shè)備描述(shù)語言(DDL)，以確保互(hù)操(cāo)作性(xìng)。圖1是HART協議(yì)智能變送器(qì)的(dí)原理(lǐ)框圖。

傳(chuán)感器(qì)模(mó)擬(nǐ)量(liáng)信(xìn)號(hào)經A/D轉換成(chéng)數字(zì)量後送入單片機(jī)，單片(piàn)機(jī)將處(chǔ)理後的數(shù)字量通(tōng)過D/A轉換(huàn)器,經V/I轉換(huàn)電路(lù)輸(shū)出(chū)(4～20)mA標準電(diàn)流(liú)信號(hào)。在數字(zì)通(tōng)信(xìn)時(shí),微(wēi)處理(lǐ)器通過通信接口芯片及耦(ǒu)合電路(lù)，以(4～20)mA電(diàn)流(liú)環路為(wéi)介質(zhì)傳送和接收(shōu)數據。

功(gōng)耗(hào)要求(qiú)

為(wéi)兼容(4～20)mA現行標(biāo)準，HART協(xié)議智能變(biàn)送(sòng)器必須可(kě)工作在(4～20)mA兩(liǎng)綫回路中。這(zhè)就意(yì)味可用來為變送(sòng)器(qì)供電的電流不能(néng)超過(guò)4mA。在(zài)實際應(yīng)用中(zhōng)，為(wéi)兼(jiān)容數(shù)字與(yǔ)模擬(nǐ)兩信號(hào)，通常將(jiāng)數據頻率信號通過V/I轉(zhuǎn)換(huàn)電(diàn)路(lù)的(dí)調整管(guǎn)，轉(zhuǎn)換(huàn)為幅(fú)度為(wéi)±0.5mA的頻率信(xìn)號(hào)，疊加在(zài)兩綫(xiàn)的(4～20)mA電流(liú)環上(2200Hz吐露體現“0”，1200Hz吐露體(tǐ)現“1”)。由於對(duì)特性,此(cǐ)信(xìn)號的平均(jūn)值為0。因(yīn)此模擬(nǐ)和(hé)數字兩(liǎng)種信號互不幹(gān)擾(rǎo)。但(dàn)環(huán)路(lù)上(shàng)電(diàn)流瞬(shùn)時(shí)zui大值I=4.5mA，zui小值I=3.5mA，如(rú)果(guǒ)向(xiàng)變(biàn)送(sòng)器供電(diàn)過多(duō)，超過(guò)3.5mA，將導(dǎo)致(zhì)數字信號(hào)負半周失真(zhēn)。考(kǎo)慮(lǜ)到調節(jié)量所需的(dí)餘(yú)量，要求(qiú)對變(biàn)送器(qì)供電電(diàn)流(liú)一(yī)般(bān)不(bù)超過3.4mA為(wéi)好。

供電(diàn)方(fāng)式

給變送器係統供電(diàn)緊張有兩種方式：一是直接(jiē)將輸入電壓穩(wěn)壓(yā)成所需電壓(5V或3.3V)後(hòu)向(xiàng)係統供電，這種方法總電流必(bì)須控(kòng)製在4mA以內，二是(shì)采(cǎi)用DC-DC供(gōng)電方(fāng)式(shì)，隻要(yào)DC-DC變(biàn)換器(qì)的聽從足夠(gòu)高(gāo)，在(zài)功耗控(kòng)製上它比di一(yī)種(zhǒng)方法(fǎ)要(yào)寬鬆得(dé)多(duō)，但(dàn)同時還需要(yào)考(kǎo)慮變換器的綫性(xìng)穩(wěn)定(dìng)性因素(sù)可能帶來的(dí)負(fù)麵(miàn)影(yǐng)響。由(yóu)於目(mù)前微功(gōng)耗(hào)，高(gāo)性(xìng)價比(bǐ)的集成電路出(chū)現，采(cǎi)用方法(fǎ)一(yī)的優越性(xìng)更(gēng)多(duō)，因為在供電方式上(shàng)，兩(liǎng)種方(fāng)法(fǎ)都有需考慮對供電電壓的(dí)適(shì)應標題。一般(bān)工業(yè)現場(cháng)多為DC24V，也(yě)有(yǒu)DC36V供(gōng)電的。一般要(yào)求變(biàn)送器(qì)能在DC12～42V供電電(diàn)壓下穩定，可(kě)靠(kào)地(dì)工(gōng)作，這一(yī)方麵直接(jiē)供電(diàn)方式要比DC-DC變(biàn)換方式靈活(huó)得多(duō)。

HART協(xié)議(yì)發(fā)展前景(jǐng)

應該(gāi)指出，HART被(bèi)認為是事(shì)實上的工業標準(zhǔn)，但它本身(shēn)並(bìng)不(bù)算現(xiàn)場總(zǒng)綫(xiàn)(模擬(nǐ)和(hé)數字的混(hùn)合)，隻能說(shuō)是現(xiàn)場總綫的(dí)雛形，是(shì)一(yī)種過渡協(xié)議。由(yóu)於(4～20)mA模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)將在(zài)今(jīn)後相(xiāng)等長(cháng)的(dí)時間(jiān)內(nèi)存在，所以研究(jiū)HART協議仍(réng)具有嚴(yán)重意義。隨著技術(shù)的(dí)發展，國內已有(yǒu)一(yī)批(pī)“符(fú)合HART協(xié)議”的(dí)智(zhì)能(néng)儀(yí)表(biǎo)及上位係(xì)統(tǒng)投(tóu)放(fàng)市場。這(zhè)類(lèi)儀表，如(rú)紹興中(zhōng)儀的3051智(zhì)能(néng)壓(yā)力(lì)變(biàn)送(sòng)器(qì)等(děng)與(yǔ)傳(chuán)統采(cǎi)用模擬信(xìn)號(hào)的儀表(biǎo)相(xiāng)比，它不但能(néng)向用戶提供測量信息(xī)，而且(qiě)還能對(duì)儀表進行遠(yuǎn)方參數(shù)設定(dìng)和向用戶提供儀表的(dí)管(guǎn)理信(xìn)息,有(yǒu)的還(huán)能(néng)通(tōng)過分外(wài)命令(líng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據運算(suàn),具有十(shí)分(fēn)明顯(xiǎn)的(dí)益(yì)處(chǔ)和(hé)更(gēng)高的性能(néng)價格比,也(yě)有很大的市(shì)場(cháng)前(qián)景。為(wéi)在控製係(xì)統中實(shí)現HART協議(yì)上(shàng)述(shù)功(gōng)能，需(xū)要這類儀(yí)表(biǎo)的通(tōng)信具(jù)有(yǒu)符合HART協議的(dí)劃(huá)一(yī)性，在台式終端(duān)，手持(chí)器和上(shàng)位操作站(zhàn)中有(yǒu)識別各(gè)企業(yè)生產的HART儀(yí)表設(shè)備(bèi)標識和(hé)各種操作命令(líng)的“數據(jù)庫(kù)”。因(yīn)此,為推(tuī)動(dòng)國產符合HART協(xié)議儀表(biǎo)順(shùn)利進入(rù)市場，在控(kòng)製係(xì)統(tǒng)中充(chōng)分發(fā)揮其(qí)智(zhì)能化(huà)和數(shù)字通信功(gōng)能，國家機械(xiè)工業局於1999年(nián)11月3日以(yǐ)國(guó)機(jī)管《1999》583號(hào)文(wén)發布(bù)了(liǎo)《國產符(fú)合HART協(xié)議智(zhì)能(néng)儀(yí)表登(dēng)錄(lù)工作辦法(fǎ)》，並(bìng)製定(dìng)了《國產符合(hé)HART協議智能(néng)儀(yí)表登錄工(gōng)作(zuò)辦(bàn)法實施細則》。並委托中(zhōng)國儀器儀表行業協(xié)會成立登錄工(gōng)作(zuò)辦(bàn)公室(shì)，開展(zhǎn)登錄細致(zhì)工作。