HART通讯协议
HART网络
HART网络——工业通讯的精英工业通讯技术的发展已经取得了巨大的成功。
为了实现工业自动化和控制，正在建立一系列现代化的通讯网络，以传输工业控制信息。
其中，一个最受欢迎和广泛应用的通讯网络就是HART 协议。
这种协议使用FSK调制的方法在4-20mA的电流回路中传输数字信号。
这种协议在现代工业制造中得到广泛应用，它的特点是兼容性好，安全性高，而且应用领域广泛。
的优越性与其他工业通讯网络相比，有许多优越性。
首先，它可以在标准的4-20mA的电流回路上双向传输数字信息。
这种方法比大多数其他网络使用的专用线路更经济、更简单。
其次，HART协议兼容现有的4-20mA模拟环路，并且可以使用标准HART主机即可从模拟信号中提取数字信息。
这对那些规模较小的工厂来说非常有益。
这使得HART成为一种非常灵活的网络。
HART另外一个重要的特点就是可以支持多层次的通讯。
也就是说，一个主机可以与很多从机通信，一个从机可以与其他从机通信，这为复杂的自动化系统建立了良好的基础。
的应用立足于上面的优越性，已经得到广泛的应用。
这种网络在流程控制方面的应用领域尤其广泛。
例如，化工工厂、炼油厂、制药厂这种自动化程度比较高的行业。
不只是在工业自动化中使用，许多医学设备、水处理设备和机电一体化设备中都得到了广泛的应用。
在环境监测、能源管理和楼宇自动化中也有较大的应用前景，其推广和使用速度在逐渐加快。
的兼容性也大受欢迎。
可以兼容其他网络，从而提高了的能力和使用寿命。
也可以和以太网、Profibus或Modbus等网络一起使用。
建立的优点与传统的4-20mA线路比较，的优点很明显。
建立的优点包括：1.相对于单一的4-20mA模拟信号，可以提供多路信号，可以更全面和更直观地监控事物的状态。
2.实时传输数字信息。
3.提高了工作保障，从而提高生产效率。
4.缩短了维护时间，降低了成本。
5.减少了人工工作量。
6.便于数据合成和处理。
发展与前景在工业制造中的应用越来越广泛，而且未来的发展前景也非常广阔。
hart 协议
hart 协议Hart协议是一种工业通讯协议，旨在实现智能领域设备与现场仪表的互联互通。
Hart（Highway Addressable Remote Transducer）协议最初由Rosemount公司在1985年推出，被广泛应用于现场仪表和控制系统中。
Hart协议的特点之一是将数字信号与模拟信号进行了有机结合。
通过双线制的通信方式，Hart协议能够在模拟信号传输的同时，通过数字通信方式发送监测和控制数据。
这种设计使得Hart协议兼容于各种类型的传感器和执行器，有效利用了现有的设备资源。
同时，Hart协议还支持多个设备的透明通信，可以在电缆线路上轻松传输多个设备的数据。
Hart协议的另一个特点是能够通过周期性轮询方式进行通信。
主机设备通过发送查询命令，从设备收集实时数据，并通过特定的应答方式返回给主机。
这种通信方式可以实时监测设备的状态，并及时进行故障诊断和维护。
此外，Hart协议还支持从设备主动报警功能，当设备出现异常情况时，可通过Hart协议向主机发送报警信息，提醒操作人员进行处理。
在Hart协议中，数据的传输速率较低，通常为1200bps。
这是因为Hart协议主要应用于工业环境，对实时性和稳定性有较高要求，而不是数据的传输速率。
通过采用低速传输，Hart协议可以减少传输误码率，提升通信可靠性。
此外，Hart协议还采用了可靠性较高的调制解调技术，保证了通信数据的完整性和准确性。
Hart协议广泛应用于各种工业控制领域，包括制药、化工、电力等。
通过Hart协议，现场仪表可以与控制系统实现双向通信，实时传输和调整控制参数。
这大大提高了现场设备的智能化水平，减少了维护成本和设备故障率。
同时，Hart协议还支持多种设备接入，可实现多种不同类型的设备集成和管理，提升了系统的可扩展性和灵活性。
总之，Hart协议作为一种高效可靠的工业通讯协议，为智能领域设备与现场仪表之间的互联互通提供了有力的支持。
通过Hart协议，设备之间可以实现双向通信，并实时传输和调整控制参数。
Hart通信协议在Profibus
Hart 通信协议在Profibus DPV1中的实现0 Profibus 和HART 现场总线标准概述PROFIBUS 标准是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通讯与控制的现场总线技术。
可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
PROFIBUS-DP 作为PROFIBUS 的规范子集，主要面向工厂现场层应用，可完成包括可编程控制器、自动控制设备、传感器、执行器间的快速可靠的循环通信任务。
HART 协议是由Rosemount 公司开发的一个传输标准，是一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。
其特点是在现有的模拟信号传输线上实现数字信号通信。
它属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品。
通过与HART 基金会的合作，Profibus 用户组织专门定义了一个HART 规范，以用于将HART 集成人PROFIBUS 系统中，也可为控制器通过PROFIBUS-DP 总线控制现场HART 设备提供依据。
本文描述了以此规范为依据并通过DPVl 实现控制器对现场HART 设备进行控制的方法。
1图起，并通过通信请求给DP 主站(DP Master)，DP 主站在收到此请求后，再将Hart Client 发送的请求数据转换为DPVl 报文格式，并通过DP 总线将报文发送到DP 从站(DP Slave)，在此，D P 从站同时又充当Hart 主站(Hart Master Device HMD)，其主要功能就是将DP Master 发送的DP 格式报文转换为Hart 格式的报文并发送到Hart 设备(Hart Device)。
对于某些来自Hart Client 的请求，HMD 则不需要将请求发送给Hart 设备，而是直接回复，如读取HMD 有关参数数据，该类请求的实现过程如图2所示。
1系统的设计和实现所示是本系统的总体实现方案。
HART通信协议
HART通信协议VER 一．概述HART（Highway Addressable Remote Transducer）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的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1200bps。
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。
在应用层，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、执行的命令；第二类称为普通应用命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现；第三类称为设备专用命令，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。
二．含义1、主机（Master）：分为第一主机和第二主机，它能连接在HART网络上，发出命令与从机通讯；2、从机（Field Device）：连接在过程控制现场中，具有测量、计算多种变量功能，并能与主机进行HART通讯的设备；3、长帧（Long Frame）：地址Address由5字节组成的HART数据帧，所有的HART命令都支持长帧数据帧。
长帧地址各字节含义如下图所示：制造商ID 号（Manufacturer ID ）由HART 基金会分配；在生产中，同类型设备序列号唯一，并且永不重复。
广播地址使用长帧结构，低38 BIT 全为0。
厂商指定的设备类型（Decive Type ）与制造商ID 满足下表要求；设备类型代码指定原则4、 短帧（Short Frame ）：地址Address 由1字节组成的HART 数据帧，短帧只有通用命令Command 0能够使用，短帧字节含义如下：所有的HART 从机都支持长、短帧。
HART协议介绍
基于HART协议的 压力差压变送器的设计
非线性补偿
压力变送器传感器有很 大的非线性 传感器特性曲线相似， 一致性较好，可以通过 数学模型的方式进行补 偿； 按照国外同类产品的要 求，必须通过0%、60%、 100%、-60%、-100%五 点进行非线性补偿
Y(V) 2.5 2.25 2.0 1.75 1.5 1.25 1.0 0.75 0.5 0.25 0.0 -150 -120 -90 -60 150 -30 0 X ( inH2O) 30 60 90 120 负区特 性曲线 正区特 性曲线
HART协议简介
现场总线的发展与展望
现场总线产生的必然性
当前控制系统（如DCS）存在的问题
决策层只能在最高层，对于下层设备很少授权。在高层设备 出故障时，下层设备只能维持现状。 下层设备间的信息交流困难
模拟仪表的缺点
一对一结构 可靠性差 操作员对仪表无法控制 互换性差
现场总线的发展与展望
现场总线的优点
什么是HART协议
HART协议（Highway Addressible Remote Transducer）：是 Rosemount公司于1986年提出的一项标准。 实现4~20mA模拟信号与数字通讯兼容的标准，是现场总线的过渡 性标准。 HART协议是一个开放性协议，已成为智能仪表事实上的工业标准： 1996年，HART协议产品产量为60万台，Fisher-Rosemount公司的25 万台变送器中HART协议产品约占76%。
VCC
VCC PFI RESET WDI RESET
VCC
WDT
GND
I/O1 I/O2
CPU
GND
WDO
基于HART协议系列变送器的 硬件设计
HART协议简述
打印HART指令分析：命令格式说明如下：起始位序文定界符地址命令数据长度校验位结束符由于要确保待发的命令完整的发送，我们特意在标准命令格式序文前加了一个起始位"23"和在校验位后加了一个结束符"40"。
1）例如：发送读取设备序号命令 23 FF FF FF FF FF 02 80 00 00 82 40命令注解如下表所示：起始位23 序文 FF FF FF FF FF 定界符02 地址80 命令00 数据长度00 校验位82 结束符40返回的命令格式如下表所示：序文定界符地址命令数据长度数据校验位返回的数据为：FF FF FF FF FF 06 80 00 0E 00 00 FE 11 0E 05 05 01 0C 08 00 5E EE 09 D5返回数据命令注解如下表所示：序文ff ff ff ff ff 定界符06 地址80 命令00 数据长度0E 数据00 00 FE 11 0E 05 05 01 0C 08 00 5E EE 09 D5这里按说明书上6.1序号命查询进行协议解析。
5E EE 09 这台设备的序号2）例如发这读设备的动态变量命令23 FF FF FF FF 82 91 0E 5E EE 09 03 00 A7 40返回信息为：FF FF FF FF FF 86 91 0E 5E EE 09 03 0B 00 00 41 8C CC 2B 0C 44 54 7E C3 2341 8C CC 2B 为当前输出电流（浮点格式）2评分人数收藏分享评分顶踩00IEEE 7540C对应的单位44 54 7E C3 当前的压力（IEEE 754浮点格式）【通信模式】HART 通讯协议有三种不同的通信模式。
（1）点对点模式。
同时一根电缆线上传输4～20mA DC 的模拟信号和数字信号。
（2）多点模式。
一根电缆线上连接多个现场设备，即全数字通信模式。
HART_通讯协议解析
4 Transport
Provides Network Independent, Transparent Message Transfer
3 Network
End to End Routing of Packets. Resolving Network Addresses
2 Data Link
Establishes Data Packet Structure. Framing, Error Detection, Bus Arbitration
数APaBss据iinnagr链yM, Ba路sytteer层/Oslraiv协eentPe议dro, tTo规ockoel范n
1 Physical
Mechanical/Electrical Connection Transmits Raw Bit Stream
SimultaneBoues lAln2al0og2& Digital
15
➢物理层规范提供了建立和使用HART网络和设备 的基本信息，这些信息用来：
(1) 提供HART设备间的互操作性； (2) 在各种条件下提供可接受的通信； (3) 减小与4~~20mA信号之间的窜扰。
网络硬件
16
➢信号发生单元：现场仪表、基本主设备、副 主设备
非信号发生单元：模拟控制器、电缆、网络 电源、本质安全隔离栅、接线盒、接线板、 连接件、混合硬件（通信器件）
应用层
微处理器
链路层
异步收发器（UART） 调制解调器（MODEM） 物理层
传输介质
协议 数据信息 错误控制
信号电压 频率电缆HART能辨认三种不同的设备： 14
第一种是最基本的现场设备，包括从设备和成 组模式设备；现场仪表
HART通信协议V17(C9,C33,C132)
HART通信协议VEＲ1。
6一.概述HART(Ｈｉghway AdｄrｅssableＲemotｅＴraｎsducer)协议采用基于Belｌ202标准得FSＫ频移键控信号,在低频得4—2０ｍA模拟信号上叠加幅度为0。
５mＡ得音频数字信号进行双向数字通讯,数据传输率为1200bps、由于ＦＳＫ信号得平均值为0,不影响传送给控制系统模拟信号得大小,保证了与现有模拟系统得兼容性。
在ＨAＲT协议通信中主要得变量与控制信息由4－20mA传送,在需要得情况下,另外得测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HＡRT协议访问。
在应用层,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,这就是所有设备都理解、执行得命令;第二类称为普通应用命令,所提供得功能可以在许多现场设备(尽管不就是全部)中实现;第三类称为设备专用命令,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得公司所独有、二、含义1、主机(Mａｓtｅr):分为第一主机与第二主机,它能连接在HAＲＴ网络上,发出命令与从机通讯;2、从机(Ｆiｅｌd Dｅvｉｃe):连接在过程控制现场中,具有测量、计算多种变量功能,并能与主机进行HＡRT通讯得设备;3、长帧(ＬoｎｇFrａmｅ):地址Aｄdrｅss由5字节组成得HART数据帧,所有得HARＴ命令都支持长帧数据帧。
长帧地址各字节含义如下图所示:制造商IＤ号(Manuｆacｔuｒer IＤ)由HAＲT基金会分配;在生产中,同类型设备序列号唯一,并且永不重复。
广播地址使用长帧结构,低38 BIT全为0。
厂商指定得设备类型(ＤecｉveＴype)与制造商ID满足下表要求;设备类型代码指定原则4、短帧(ShｏrｔFrａme):地址Aｄｄress由1字节组成得HART数据帧,短帧只有通用命令Ｃomｍand０能够使用,短帧字节含义如下:所有得HART从机都支持长、短帧、5、请求帧(ＳTX):由主机(如手抄器)向从机(现场设备)发出请求数据命令;6、应答帧(ACK):从机回复给主机得数据;7、前导符(Preamblｅ):发起命令(数据)传输得设备在传输数据帧前发送得０xＦF字符,发送该字符得数量一般为5—20个,该数量可以通过命令来改变;前导符得使用就是为了使数据接收端在硬件电路上产生CD载波检测信号,以实现数据通讯得同步。
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HART通讯协议
HART通讯协议的特点之一是它可以通过一对普通的4-20mA模拟信号
线实现数字和模拟信号的双向传输。
这种双模式通信可以在保持现有4-
20mA模拟信号通信的同时，通过数字信号传输更多的信息。
使用HART协
议时，设备可以以模拟方式通过传统的4-20mA信号进行通信，也可以通
过数字方式发送和接收诸如设备类型、设备状态、参数设置和诊断等信息。
HART通讯协议支持主从结构的通信方式。
在HART通讯网络中，有一
个或多个主设备（如DCS、PLC等）与多个从设备（如传感器、执行器等）进行通信。
主设备负责发送命令和接收从设备的响应，从设备负责接收命
令并发送响应。
这种主从结构的通信方式使得在工业现场设备中实现高效
的远程通信成为可能。
HART通讯协议的优势是它的兼容性和灵活性。
HART通讯协议可以与
现有的4-20mA模拟信号设备兼容，因此可以方便地与现有设备集成。
此外，它还可以通过预定义的命令和参数实现设备的灵活配置和诊断。
这种
灵活性使得设备的监测、维护和故障排除变得更加容易，提高了设备的可
靠性和可用性。
在HART通讯网络中，主设备可以扫描从设备，获取其设备类型、设
备状态和参数设置等信息。
主设备可以通过发送命令来控制从设备的操作，并接收从设备发送的响应。
此外，HART通讯协议还支持设备之间的多个
参数的传输，以便进行更复杂的控制和诊断。
HART通讯协议还具有较高的抗干扰性和可靠性。
HART通讯协议采用
了数字信号传输，相比传统的模拟信号，具有更好的抗干扰能力。
此外，
HART通讯协议还支持多点到点和多点到多点的通信方式，使得通信网络的布局更加灵活可靠。
总的来说，HART通讯协议是一种在工业自动化现场设备中广泛应用的通信协议。
它通过在现有的4-20mA模拟信号通信基础上，实现了数字和模拟信号的双向传输，提供了设备的灵活配置和诊断，改善了设备的可靠性和可用性。
HART通讯协议的应用有助于提高工业自动化系统的运行效率和安全性，进一步推动工业4.0的发展。