现场总线HART通信协议
HART通信协议
HART通信协议一、引言HART通信协议是一种数字通信协议，用于在4-20mA模拟信号线上传输数字数据。
该协议旨在提供一种可靠的通信方式，以实现远程监测和控制设备的目的。
本协议规定了HART通信协议的标准格式和通信规范，以确保设备之间的互操作性和数据的准确传输。
二、范围本协议适用于使用HART通信协议的设备和系统。
HART通信协议可以用于各种行业，包括但不限于工业自动化、过程控制、仪器仪表和监测设备。
三、术语和定义在本协议中，以下术语和定义适用：1. HART主机：指能够发送和接收HART通信协议数据的设备。
2. HART从机：指通过HART通信协议接收和响应HART主机发送的数据的设备。
3. HART通道：指用于传输HART通信协议数据的4-20mA模拟信号线。
4. HART命令：指HART主机发送给HART从机的指令或请求。
5. HART响应：指HART从机对HART主机发送的命令作出的响应或回复。
四、通信协议格式1. 物理层HART通信协议使用4-20mA模拟信号线进行数据传输。
通信双方通过该信号线进行数据的发送和接收。
发送方将数字数据转换为4-20mA模拟信号，接收方将模拟信号转换为数字数据。
2. 数据链路层HART通信协议使用HDLC（高级数据链路控制）协议作为数据链路层协议。
HDLC协议提供了数据的可靠传输和错误检测功能。
3. 应用层HART通信协议的应用层定义了命令和响应的格式和规范。
命令和响应的格式如下：- 命令格式：- 起始字节：用于标识命令的开始。
- 命令字节：用于指示具体的命令类型。
- 数据字节：用于传输命令的参数和数据。
- 校验字节：用于校验命令的正确性。
- 结束字节：用于标识命令的结束。
- 响应格式：- 起始字节：用于标识响应的开始。
- 命令字节：用于指示响应对应的命令类型。
- 数据字节：用于传输响应的参数和数据。
- 校验字节：用于校验响应的正确性。
- 结束字节：用于标识响应的结束。
HART协议资料
HART协议1、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ROSEMOUNT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。
HART协议采用基于Bell202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讯，数据传输率为1.2Mbps。
由于FSK信号的平均值为0，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。
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。
HART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_Protocol
HART 协议1.HART 协议概况HART 协议是美国Rosemount 公司于1986年提出的一项标准通讯协议，其全称为Highway Addressable Remote Transducer，即可寻址远程传感器数据公路。
就现场总线的意义上说，HART 协议的特点是具有与现场总线类似的体系结构，具有总线式的数字通讯，但HART 并不是真正的现场总线，它只是现场总线的雏形，是从模拟控制系统向现场总线过渡的一块踏脚石。
所谓“过渡”，是指它在4~20mA模拟信号上叠加FSK（Frequency Shift Keying，频移键控，详见第二节）数字信号，既可进行4~20mA 模拟信号的传输，又能进行数字通讯，同时，数字通讯信号不影响模拟信号的传输。
显然，这是一项4~20mA模拟信号与数字通讯相兼容的标准。
作为一个开放性协议，经过十多年的发展，HART 协议已成为智能仪表事实上的工业标准。
HART 通讯协议参照“ISO/OSI”的模型标准，简化并引用其中的1，2，7三层制定而成，即：物理层，数据链路层和应用层，对应关系如下：2．HART 协议的物理层本节主要描述了HART 协议的物理层的信号模式和传输介质等，这些都是与OSI 协议参考模型的物理层的规定相一致的。
（1）FSK 频移键控HART 协议采用了Bell202 标准的FSK 频移键控信号。
它在4~20mA的模拟信号上叠加幅度为0.5mA的正弦调制波，1200Hz 代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑“0”，如下图所示。
由于所叠加的正弦信号平均值为0，所以不会影响4-20mA的输出电流。
因此，模拟仪表在数字通讯时仍可以照常工作，这是HART标准的重要优点之一。
二进制数据传送的速率为1200波特。
这就意味着“1”由1200Hz 的一个周期表示，而“0”大约由2200Hz 的两个周期表示。
信号频率和传送速率的选择依据美国Bell202标准，该标准用于在电话网上传送数字信息。
现场总线介绍及HART总线的应用
目录1 概论 (2)1.1 现场总线的概述 (2)1.2 现场总线的产生和发展 (2)1.3 现场总线的特点 (4)1.3.1 现场总线系统的技术特点 (4)1.3.2 现场总线系统的优势 (5)1.4 几种常见现场总线 (6)1.4.1 Lon Works (6)1.4.2 CAN (6)1.4.3 HART (7)1.4.4 PROFIBUS (8)2 HART (8)2.1 HART总线概述 (8)2.2 HART的协议结构 (9)2.3 HART现场总线协议的技术特点 (11)3 HART智能电动执行机构整体设计 (11)3.1 设计人物分析及技术目标 (12)3.2 电动执行机构整体设计方案 (12)3.3 执行机构整体硬件设计方案 (13)3.4 执行机构整体软件设计方案 (13)4 HART智能电动执行机构硬件设计 (16)4.1 硬件优化措施 (16)4.2 硬件优化设计方案 (17)5 HART智能电动执行机构软件设计 (17)5.1 仪表控制软件模块 (18)5.2 HART通信协议模块 (19)6 总结 (21)参考文献 (21)1 概论1.1 现场总线的概述现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
它在制造业、流程工业、楼宇等方面的自动化系统中有着广泛的应用前景。
[1]现场总线作为一种先进的工业控制技术，将当今网络通信与管理的观念带入工业控制领域。
把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，将它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统和控制系统，它是工厂的底层控制网络。
国际IEC1158标准定义：现场总线是一种互连现场自动化设备及其控制系统的双向数字通信协议。
也就是说，现场总线是控制系统中底层的通信网络，具有双向数字传输功能，在控制系统中允许智能现场装置全数字化、多变量、双向、多节点，并通过一条物理媒体相互交换信息。
HART现场通信协议
HART现场通信协议HART（Highway Addressable Remote Transducer）是一种数字通信协议，广泛应用于工业过程控制系统中，用于传输和管理现场设备的数据和命令。
本文将介绍HART协议的基本原理、应用范围以及优势。
一、HART协议简介HART协议是由霍尼韦尔公司开发的一种双向通信协议，旨在提高工业过程控制系统的可靠性和效率。
它通过在现有模拟信号传输线路上叠加数字通信信号，实现数字和模拟信号的同时传输，使得现场设备既可以使用模拟信号进行传感和控制，又可以通过数字信号进行数据通信。
HART协议的通信方式可以分为普通模式和扩展模式两种。
普通模式下，HART设备通过在模拟信号线路上叠加FSK（Frequency Shift Keying）调制的数字信号进行通信，每个数字信号占据一个特定的频段，从而不影响基本的模拟信号传输。
扩展模式则在普通模式的基础上，增加了更高的通信速率和更复杂的通信功能。
二、HART协议的应用范围HART协议广泛应用于各种工业过程控制系统中，特别适用于以下情况：1. 冗余系统：在工业过程控制系统中，为了提高可靠性和安全性，通常会采用冗余系统，即多个设备同时运行，以备份和故障转移。
HART协议能够实现设备之间的双向通信，方便对冗余系统的监控和控制。
2. 设备管理：HART协议可以为现场设备提供远程配置和管理功能，通过数字通信实现对设备参数的读取和设置。
这使得设备的维护和调试更加便捷，减少了人工操作的工作量和潜在风险。
3. 智能仪表：HART协议支持智能仪表的应用，通过数字信号传输实时数据和设备状态。
智能仪表可以对数据进行处理和分析，提供更准确和可靠的测量结果。
4. 资产管理：HART协议还支持现场设备的故障诊断功能，能够实时监测设备的运行状态，并通过数字通信传输故障信息。
这有助于提前发现设备故障，及时采取维修措施，减少生产停机时间和损失。
三、HART协议的优势HART协议相比于传统的模拟信号传输方式，具有以下优势：1. 兼容性：HART协议可以在现有的4-20mA模拟信号传输线路上叠加数字通信信号，不需要对现有硬件和设备进行大规模改造。
hart协议概述
hart协议概述协议概述：HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议是一种用于工业自动化领域的数字通信协议。
它允许在4-20mA模拟信号传输线上同时传输数字和模拟信号，为现场设备提供了双向通信的能力。
HART协议的设计目标是提供一种灵活、可靠和成本效益高的通信方式，以满足工业自动化系统对数据传输和设备控制的需求。
协议结构：HART协议采用主从结构，其中主设备通常是控制系统或监控系统，而从设备通常是现场仪表。
协议使用频率偏移键控（FSK）调制技术，将数字信号叠加在4-20mA模拟信号上进行传输。
从设备可以通过模拟信号传输模式向主设备发送模拟量测量值，也可以通过数字信号传输模式向主设备发送数字量、报警信息、设备状态等。
协议功能：1. 双向通信：HART协议允许主设备向从设备发送命令，从设备可以响应并返回数据。
这种双向通信的能力使得主设备可以对从设备进行配置、校准和故障诊断等操作。
2. 多点通信：HART协议支持多个从设备连接到同一条通信线路上，主设备可以逐个访问每个从设备。
这种多点通信的能力使得主设备可以同时监控和控制多个现场仪表，提高了系统的灵活性和可扩展性。
3. 高可靠性：HART协议具有自动错误检测和纠正机制，可以在通信过程中检测和纠正传输错误，确保数据的可靠性。
此外，协议还支持冗余路径和冗余设备，提高了系统的可靠性和容错性。
4. 设备管理：HART协议定义了一套标准的命令和响应格式，用于设备的配置、校准、故障诊断和设备状态监测等管理操作。
这种设备管理的功能使得主设备可以对现场仪表进行全面管理和控制，提高了系统的维护效率和可靠性。
5. 兼容性：HART协议与现有的4-20mA模拟信号传输系统兼容，可以在不改变现场仪表硬件的情况下实现数字通信。
此外，HART协议还支持与其他现场总线协议（如FOUNDATION Fieldbus和Profibus）的互联互通，提供了更广泛的应用和集成能力。
HART通信协议
HART通信协议协议名称：HART通信协议一、引言本协议旨在规范HART（Highway Addressable Remote Transducer）通信协议的标准格式，以确保设备之间的通信能够高效、准确地进行。
HART通信协议是一种数字通信协议，用于在现场设备和控制室之间传输信号和数据。
本协议将详细描述HART通信协议的通信规范、数据格式、命令集以及错误处理等内容。
二、范围本协议适用于使用HART通信协议的设备和系统，包括但不限于工业自动化、过程控制、仪器仪表等领域。
三、术语定义1. HART通信协议：一种数字通信协议，用于在现场设备和控制室之间传输信号和数据。
2. 主站：通过HART通信协议与现场设备进行通信的设备或系统。
3. 从站：使用HART通信协议与主站进行通信的现场设备。
4. 命令：主站向从站发送的指令，用于获取或设置从站的参数或状态。
5. 响应：从站对主站发送的命令进行回应的数据。
6. 数据帧：HART通信协议中用于传输数据和命令的帧结构。
7. 多点传输：主站通过HART通信协议同时与多个从站进行通信的能力。
8. 长距离传输：HART通信协议支持长距离传输，最长传输距离可达2500米。
四、通信规范1. 物理层规范1.1 电气特性：HART通信协议使用双线制，信号电平范围为±12V，通信速率为1200bps。
1.2 连接方式：HART通信协议使用标准的4-20mA电流环路进行连接。
1.3 电缆要求：HART通信协议使用屏蔽双绞线作为传输介质，电缆阻抗为240-600Ω。
1.4 接口标准：HART通信协议使用RS-485接口标准进行通信。
2. 数据格式2.1 帧结构：HART通信协议使用数据帧进行通信，帧结构包括起始符、地址字节、命令字节、数据字节、校验字节和结束符。
2.2 起始符：起始符为一个字节，固定为0xFF。
2.3 地址字节：地址字节用于标识从站的地址，占用一个字节。
现场总线第四章HART通信协议-图
展望
01
hart通信协议概述
hart通信协议的定义
总结词
hart通信协议是一种用于工业自动化的通信协议，它使用无线信号传输数据，支持多种数据传输速率和通信距离。
hart通信协议的技术发展趋势
无线通信技术融合
随着无线通信技术的发展，Hart通信协议正逐步实现与其他无线通信技术的融合，以 提高现场总线的无线化程度和通信效率。
安全性增强
随着工业网络安全问题的日益突出，Hart通信协议正在加强安全机制的研究和应用， 以提高系统的安全性。
智能化发展
随着物联网、云计算等技术的发展，Hart通信协议正朝着智能化方向发展，以实现更 高级别的自动化和智能化。
hart通信协议的未来展望
更广泛的应用领域
01
随着工业自动化程度的不断提高，Hart通信协议有望在更多领
域得到应用，如智能家居、智能交通等。
更高级别的自动化和智能化
02
随着物联网、云计算等技术的发展，Hart通信协议有望实现更
高级别的自动化和智能化功能。
更完善的安全机制
03
随着网络安全问题的日益突出，Hart通信协议有望在未来推出
详细描述
hart通信协议是一种专为工业现场设备之间的通信而设计的协议。它使用无线信号传输数据，使得设备之间的连 接更加灵活，无需布线。hart通信协议支持多种数据传输速率和通信距离，以满足不同工业应用的需求。
hart通信协议的特点
总结词
hart通信协议具有可靠性高、实时性强、互操作性好的特点。
详细描述
要点一
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HART通信协议
1 HART的基本特点
HART协议的优点 一、双向通信 采用模拟量信号只能单向传送信息，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信号的方式——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。
HART通信协议
1 HART的基本特点
HART协议的优点
五、多渠道供应 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。 六、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。为与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。
HART通信协议
2 HART协议物理层技术规范
物理层规定了信号传输方法、信号电平、设备阻抗和传输媒体。 数据链路层与物理层的关系
HART通信协议
2 HART协议物理层技术规范
基于Bell 202通信标准的频移键控FSK技术。它在4~20mA的模拟 信号上叠加幅度为0.5mA的正弦电流调制波信号。
HART通信协议
1 HART的基本特点
HART协议模型
右图为HART协议实现的概念模型，它 只是一个参考模型，而不是实际实现的 描述。 该模型分5个组成部分。其中的两个用 户/协议接口和协议/物理层接口描述了 提供给相邻层或被相邻层请求的服务。 其他三部分构成协议本身。接收和发送 部分描述了消息传输和接收的处理，而 链路层协议部分通过调用上述部分来实 现其余协议。
HART通信协议
1 HART的基本特点
HART协议层次结构
第 7层 “ 6” “ 5” “ 4” “ 3” “ 2” “ 1”
OSI层 次 应用层 Presentation Session Transprot Network 数据链 物理链
HART层 次 HART命 令
未使用
规则协议 Bell 202
HART通信协议
1 HART的基本特点
HART协议的优点
三、多变量仪表 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。 单变量变送器——多变量的智能变送器 四、不受制于供应商 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。
二、两线制变送器将传感器信号变送为4-20mA的电流信号输出, 而且输出信号线与电源线复用。两线制变送的突出优点是现场变 送器与控制室仪表之间的联系仅仅使用两根双绞线,这两根双绞线 既是供给变送器工作的电源线,又是信号输出线，接口线路简单。
HART通信协议
1 HART的基本特点
80年代中期，Rosemount公司（Emerson）提出HART协议 (Highway Addressable Remote Transducer) 可寻址远程变送器数据通道 ●用于现场智能仪表和控制室设备之间通信； ● HART通讯协议不能算作严格的现场总线，但它是一项很好的 过渡性通讯协议； ● 1993年，Rosemount将HART协议所有权和 HART标志注册权 转交给HART通信基金会HCF； ● 尽管HART迟早要被全数字化的现场总线所取代，但HART 智 能变送器仍会有十年左右的市场。 Maybe as long as DCS’s life ●这项协议是公开的，只要较少的费用即可购买这一标准的全部 文件。
HART通信协议
1 HART的基本特点 HART协议的优点
二、新类型信息 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量，还可以获得其他类型的信息。 每个HART设备中包括35-40个标准信息项。 比如：①设备状态＆诊断报警②过程变量＆单位③回路电流＆百 分比范围④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。
由于正弦信号的平均值为0，所以HART通信协议虽然有±0.5mA信 号调制于4～20mA信号之上，却不影响4～20mA的平均值。因为 1200Hz 表示逻辑“1”,决定了HART 的通信传输速率是1200bps.
HART通信协议
2 HART协议物理层技术规范
+0.5mA
HART通信协议
一、HART的基本特点 二、HART协议物理层技术规范 三、HART数据链路层技术规范 四、HART命令简介 五、HART协议的应用
HART通信协议
1 HART的基本特点
相关知识——两线制变送器
一、现场过程检测仪表一般都采用两线制环路供电，也就是供电 电压为12-48V，而环路中的电流为工业用标准电流4-20mA。因此 整个仪表必须保证4mA供电下正常工作。
HART通信பைடு நூலகம்议
1 HART的基本特点
HART协议最突出的特点
HART协议又称为混合协议,是因为它将模拟量和数字量通 信相融合。它既支持4-20mA模拟信号的单变量通信，也可以 将附加信息以数字信号的方式进行通信。数字信息以FSK调制 方式加载在标准的4-20mA电流回路上。 通过采用滤波技术，可以从模拟信号中去除掉数字信号，数字 信号并不会影响模拟量信号的传输。 因此，HART协议最突出的特点是：数字通信与模拟信号4～ 20mA兼容，传输的信号用调制后的正弦信号叠加在4～20mA 的模拟信号上。