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HART协议及其在智能仪器中的应用

HART是“公路可寻址远程传感器高速通信协议”的缩写,是美国ROSEMOUNT于1985年推出的现场智能仪表与控制室设备之间的通信协议。 HART设备以相对较低的带宽和适度的响应时间提供通信。经过近30年的发展,HART技术不仅在国外而且在中国也变得非常成熟,并已成为智能仪器的全球工业标准。

HART协议使用基于Bell202标准的FSK频移键控信号,将0.5mA音频数字信号叠加在低频4-20mA模拟信号上,以进行双向数字通信,数据传输速率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为0,因此它不会影响传输到控制系统的模拟信号的大小,从而确保了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中,主要变量和控制信息通过4-20mA进行传输,并且如有必要,可以通过HART协议访问其他测量,过程参数,设备配置,校准和诊断信息。

HART通信采用半双工通信模式,其特点是在现有的模拟信号传输线上实现数字信号通信。 HART是从模拟系统向数字系统过渡的过渡产品,因此在当前过渡时期具有很强的市场竞争力,并且发展迅速。 HART下达了一系列订单,并有序地工作。有三种类型的命令。第一种称为通用命令,所有设备都可以理解和执行。第二类称为一般行为命令,它提供可以在许多(尽管不是全部)现场设备中实现的功能,包括最常用的现场设备的库。第三类称为特殊设备命令,可以使某些设备中的特定功能更容易使用,可以在基金会中开放使用,也可以由开发该命令的公司专有。通常会在现场设备中找到所有三种类型的命令。

HART使用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发人员使用这种标准语言来描述设备特征,并且HART Foundation将设备描述注册并管理为设备描述字典。主设备使用DDL技术来了解这些设备的特性,而不必为这些设备开发专用接口。然而,由于模拟和数字的混合信号系统,难以开发能够满足各种公司要求的通信接口芯片。 HART可以使用总线电源,可以满足基本的安全和防爆要求,并且可以构成手持编程器和管理系统大型机,作为双主设备系统的主要设备。

HART协议在智能仪表行业已经非常成熟,包括电磁流量计,压力变送器,电磁翻转液位计,V锥流量计,涡街流量计等。HART协议智能仪表具有以下特点:

实现了传感器的数字信号,提高了测量精度。
实现了传感器的智能信号,可以很容易地修改拟合曲线,并可以进行各种补偿。
智能仪器网络,在控制站中可以直接观察数千种仪器。
通信传输采用4-20mA加数字信号方式,可直接替代模拟表。
通过数字信号可以读出仪器的各种管理信息,例如:制造商,仪器型号,生产序列号,维护时间等。
可以加载到算法中,直接构成控制回路。

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