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    HART協議vs現場總線技術 看看都有哪些區別?

    日期:2022-09-27 18:50
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    摘要:對于HART協議和現場總線技術你都了解多少呢?它們之間存在著哪些相似與不同呢?

    HART協議

    HART (Highway Addressable Remote Transducer), 是可尋址遠程傳感器總線的簡稱。

    HART協議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號,在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊,數據傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0,不影響傳送給控制系統模擬信號的大小,保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送,在需要的情況下,另外的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。

    HART協議規范

    HART協議于80年代后期開發,并于90年代初移交到HART基金會,從那時開始,它就已經更新了好幾次。每一次的協議更新都確保更新向后兼容以前的版本。HART協議當前的版本是7.3版,“7”表示主修訂號碼,而“3”表示次修訂號碼。HART協議參照了開放系統互連(OSI)模型,使用了以下層:

    1.協議物理層; 2. 數據鏈路層; 3. 網絡層; 4. 傳輸層; 5. 應用層

    1.協議物理層

    HRAT協議的物理層規定了信號的傳輸方法、傳輸介質,HART支持模擬信號和數字信號在同一線路上傳輸。以Be11202為基礎,采用頻移鍵控(FSK),以1200bps的速率通信。代表0和1位值的信號頻率分別為2200Hz和1200Hz。

    如上圖所示,即在4~20mA模擬信號上疊加了±0.5mA的數字信號,由于數字頻移鍵控信號相位連續,平均值為零,所以不影響4~20mA模擬傳輸,從而使模擬信號和數字通信同時進行,而不互相干擾。

    圖2為HART協議的數字和模擬信號疊加后同時傳輸的示意圖。通信介質的選擇視傳輸距離長短而定,采用雙絞線傳輸時*大傳輸距離可達1500m,線路總阻抗應在230~1100Ω之間。

    2.數據鏈路層

    定義了一項主/從協議,在正常使用下,現場設備只有收到信號時才作回答??梢杂袃蓚€主設備,例如:控制系統作為**設備,而手持HRAT通信器作為**主設備。時序規則定義每個主設備可以開始通信事務的時間,單個多點線纜對可以連接多達15個或更多的從設備。

    3.網絡層

    提供路由、端到端**及傳輸服務,它管理與通信設備之間端到端通信的“會話”。

    4.傳輸層

    傳輸層確保從一個設備到另一個設備通信傳播。

    5.應用層

    規定了強大的命令集,鼎易了協議所支持的命令、響應、數據類型和形狀報告。在應用層,協議的公共命令分為四大類:

    ①通用命令:提供在所有現場設備都必須實現的功能

    ②常用命令:提供很多設備所共有的功能,但并不是所有的現場設備都具有的功能

    ③設備特定命令:提供某特定現場設備所特有的功能,由設備制造商所指定

    ④設備系列命令:為特定測量類型的儀器提供一套標準化的功能,允許無需使用設備特定指令便能進行完全的通用性訪問。

    現場總線

    現場總線是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統,也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡?,F場總線技術將專用微處理器置入傳統的測量控制儀表,使它們各自具有了數字計算和數字通訊能力,采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線,把多個測量控制儀表連接成網絡系統,并按公開、規范的通信協議,在位于現場的多個微機化測量控制設備之間及現場儀表與遠程監控計算機之間,實現數據傳輸與信息交換,形成各種適應實際需要的自動控制系統。

    現場總線的主要特點

    1.系統的開放性

    傳統的控制系統是個自我封閉的系統,一般只能通過工作站的串口或并口對外通信。在現場總線技術中,用戶可按自己的需要和對象,將來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統。

    2.可操作性與可靠性

    現場總線在選用相同的通信協議情況下,只要選擇合適的總線網卡、插口與適配器即可實現互連設備間、系統間的信息傳輸與溝通,大大減少接線與查線的工作量,有效提高控制的可靠性。

    3.現場設備的智能化與功能自治性

    傳統數控機床的信號傳遞是模擬信號的單向傳遞,信號在傳遞過程中產生的誤差較大,系統難以迅速判斷故障而帶故障運行。而現場總線中采用雙向數字通信,將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成,可隨時診斷設備的運行狀態。

    4.對現場環境的適應性

    現場總線是作為適應現場環境工作而設計的,可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線及電力線等,其具有較強的抗干擾能力,能采用兩線制實現送電與通信,并可滿足**及防爆要求等。

    HART協議與現場總線的異同

    1.HART協議與現場總線的相同之處

    HART和現場總線技術都可以實現對現場設備的狀態、參數等進行遠程訪問。同時,兩種技術都支持在一條總線上連接多臺設備的聯網方式。HART和現場總線都采用設備描述,實現設備的互操作和綜合運用。所以,它們之間有一定的相似之處。

    2.HART協議與現場總線的不同之處

    ①現場總線采用真正的全數字通信,而HART是以FSK方式疊加在原有的4~20mA模擬信號上的,因此可以直接聯入現有的DCS系統中而不需要重新組態;

    ②現場總線多采用多點連接,HART協議一般僅在做監測運用的時候才會采用多點連接方式;③用現場總線組成的控制系統中,設備間可以直接進行通信,而不需要經過主機干預;④現場總線設備相對HART設備而言,可以提供更多的診斷信息。

    所以現場總線設備適用于高速的網絡控制系統中,而HART設備的優越性則體現在與現有模擬系統的兼容上。

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