HART协议vs现场总线技术 看看有哪些异同?

西森9年口碑,专业解决10万客户测量方案 | [在线咨询]    2017-08-12 15:26:32
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【文章导读】 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。

   对于HART协议和现场总线技术你都了解多少呢?它们之间存在着哪些相似与不同呢?


   今天,就来为大家具体介绍一下HART协议与现场总线技术,一起来看看吧!


HART协议


   HART (Highway Addressable Remote Transducer), 是可寻址远程传感器总线的简称。


   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协议规范


   HART协议于80年代后期开发,并于90年代初移交到HART基金会,从那时开始,它就已经更新了好几次。每一次的协议更新都确保更新向后兼容以前的版本。


   HART协议当前的版本是7.3版,“7”表示主修订号码,而“3”表示次修订号码。HART协议参照了开放系统互连(OSI)模型,使用了以下层:


   1.协议物理层;2.数据链路层;3.网络层;4.传输层;5.应用层


1协议物理层


   HRAT协议的物理层规定了信号的传输方法、传输介质,HART支持模拟信号和数字信号在同一线路上传输。以Be11202为基础,采用频移键控(FSK),以1200bps的速率通信。代表0和1位值的信号频率分别为2200Hz和1200Hz。


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   如上图所示,即在4~20mA模拟信号上叠加了±0.5mA的数字信号,由于数字频移键控信号相位连续,平均值为零,所以不影响4~20mA模拟传输,从而使模拟信号和数字通信同时进行,而不互相干扰。


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   图2为HART协议的数字和模拟信号叠加后同时传输的示意图。通信介质的选择视传输距离长短而定,采用双绞线传输时最大传输距离可达1500m,线路总阻抗应在230~1100Ω之间。


2数据链路层


   定义了一项主/从协议,在正常使用下,现场设备只有收到信号时才作回答。可以有两个主设备,例如:控制系统作为第一设备,而手持HRAT通信器作为第二主设备。


   时序规则定义每个主设备可以开始通信事务的时间,单个多点线缆对可以连接多达15个或更多的从设备。


3网络层


   提供路由、端到端安全及传输服务,它管理与通信设备之间端到端通信的“会话”。


4传输层


   传输层确保从一个设备到另一个设备通信传播。


5应用层


   规定了强大的命令集,鼎易了协议所支持的命令、响应、数据类型和形状报告。在应用层,协议的公共命令分为四大类:


   ①通用命令:提供在所有现场设备都必须实现的功能


   ②常用命令:提供很多设备所共有的功能,但并不是所有的现场设备都具有的功能


   ③设备特定命令:提供某特定现场设备所特有的功能,由设备制造商所指定


   ④设备系列命令:为特定测量类型的仪器提供一套标准化的功能,允许无需使用设备特定指令便能进行完全的通用性访问。


现场总线


   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。


   现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力,采用可进行简单连接的双绞线等作为总线,把多个测量控制仪表连接成网络系统,并按公开、规范的通信协议,在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间,实现数据传输与信息交换,形成各种适应实际需要的自动控制系统。


现场总线的主要特点


1系统的开放性


   传统的控制系统是个自我封闭的系统,一般只能通过工作站的串口或并口对外通信。在现场总线技术中,用户可按自己的需要和对象,将来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。


2可操作性与可靠性


   现场总线在选用相同的通信协议情况下,只要选择合适的总线网卡、插口与适配器即可实现互连设备间、系统间的信息传输与沟通,大大减少接线与查线的工作量,有效提高控制的可靠性。


3现场设备的智能化与功能自治性


   传统数控机床的信号传递是模拟信号的单向传递,信号在传递过程中产生的误差较大,系统难以迅速判断故障而带故障运行。而现场总线中采用双向数字通信,将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成,可随时诊断设备的运行状态。


4对现场环境的适应性


   现场总线是作为适应现场环境工作而设计的,可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线及电力线等,其具有较强的抗干扰能力,能采用两线制实现送电与通信,并可满足安全及防爆要求等。


HART协议与现场总线的异同


1.HART协议与现场总线的相同之处


   HART和现场总线技术都可以实现对现场设备的状态、参数等进行远程访问。同时,两种技术都支持在一条总线上连接多台设备的联网方式。HART和现场总线都采用设备描述,实现设备的互操作和综合运用。所以,它们之间有一定的相似之处。


2.HART协议与现场总线的不同之处


   ①现场总线采用真正的全数字通信,而HART是以FSK方式叠加在原有的4~20mA模拟信号上的,因此可以直接联入现有的DCS系统中而不需要重新组态;


   ②现场总线多采用多点连接,HART协议一般仅在做监测运用的时候才会采用多点连接方式;


   ③用现场总线组成的控制系统中,设备间可以直接进行通信,而不需要经过主机干预;


   ④现场总线设备相对HART设备而言,可以提供更多的诊断信息。


   所以现场总线设备适用于高速的网络控制系统中,而HART设备的优越性则体现在与现有模拟系统的兼容上。


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