这玩意儿不赖！——聊聊HART协议（3）

有线HART技术

有线HART技术又称4～20rnA+HART技术，通常是指两线4~20mA测控回路采用FSK载波数字通信的技术。

有线HART虽然仅采用了单对线缆，但包含两个信号传输通道：过程的主测量和控制信息由HART协议中的4~20mA模拟通道传送；其他更多的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息等通过HART协议中的数字通道传送。

由于大多数用户使用的HART设备只是将4~20mA模拟信号传送到上位控制系统实现基本的过程控制，带数字通道的HART协议对他们的好处只剩下使用手持通信器进行HART现场设备的工程安装/试车、故障排除和校准。由于手持通信器可以在4~20mA回路中的任何一点接入，比如在环境良好、可保证人身安全的控制室内接入，而不一定非去现场，这一点很受现场维护人员欢迎。使用手持通信器进行HART现场设备的故障排除和校准如图5所示。 

图5  使用手持通信器进行HART现场设备的故障排除和校准

当用户对HART现场设备的数字信息（如设备状态和诊断报警、过程变量和测量单位、回路电流和百分比范围、生产商和设备标签等）感兴趣时，就需要通过一些途径释放这些数字信息，将这些数字信息传送到上位控制系统或资产管理系统。HART设备数字信息向上位控制系统传送的方式如图6所示。 

图6  HART设备数字信息向上位控制系统传送的方式

通常采用的办法是通过可编程逻辑控制器PLC或分布式控制系统DCS里具有HART通信功能的I/O卡件（见图6左边）。国外产品包括美国艾默生公司DeltaV用的KJ300-X1-BA1输入模块、KJ300-X1-BE1输出模块，日本横河公司DCS用的AAI14-H输入模块、AAI841-H输入输出模块，国内产品包括浙江中控公司ECS100用的FW351H 8路HART电流信号输入卡、FW372H 8路HART电流信号输出卡等。另一种办法是选用多路复用器采集HART设备的数字信号并转换成所需信号输出。如选用倍加福HiDMux2700H多路复用器可以实现32台设备的HART信号转换成RS-485信号。还有多家国内外公司可提供HART/Modbus、HART/PROFIBUS-DP、HART/Ethernet等多种类型的多路复用器（如8、16、32路等）设备（见图6右下方）。

还有一种特殊情况，一些多变量HART变送器（如流量变送器）可以由模拟信号部分传送一个信息（如瞬时流量），HART数字信号部分传送多达4个变量（如再加上差压、温度、压力）信息，但当这台变送器仅传送模拟量信息时，其余的信息就无法送到控制系统。如果余下的三个信息很重要，则可以采用多变量输出转换器，它可以将HART数字信号部分余下的三个变量转换成独立的三路4~20mA信号输出。有的多变量输出转换器还带通信信号输出，即实现HART/通用信号转换（见图7），通用信号的类别有RS232C、RS485、Modbus以及TCP/IP以太网。 

图7  多变量输出转换器工作原理图

到了21世纪20年代，HART已成为近40年来现场仪表应用最广泛的通信协议，全球已安装的四千多万台现场仪表中大多数均采用有线HART技术。但遗憾的是，90%HART现场仪表拥有的众多数据没有传送到控制系统，所以最常见的HART设备传送信息中的数字技术只是在现场设备调试和校准期间应用，这导致HART功能未能得到充分利用。目前这一状态正在改变，特别是近来年我国很多大型的石化项目，已经开始逐步使用资产管理系统（Asset Management System，AMS）。这就是要充分利用已有现场设备的HART数字通信能力，提供用户关注的诊断、报警等智能数字信息。

方原柏

2024年05月