在物联网(IoT)成为主流之前，让两台机器(或它们的组件)相互对话的好处对于工业自动化和控制专家来说是显而易见的。曲轴中心的温度传感器中的值将发送测量值来控制电机驱动的继电器等。显然，实现这一目标的通信协议之一是HART协议。
HART协议已经在全世界安装了超过3000万个基于它的设备，它被认为是工业自动化中最流行的协议。今天的文章将概述它为什么如此特别。我们会检查它的功能、应用和升级版本，比如WirelessHART。
摘要
可寻址远程传感器高速公路(HART)协议是工业自动化中最流行的开放式通信协议之一，用于通过智能设备和控制系统之间的模拟线路发送和接收数字信息。该协议是RS485等串行通信协议的改进，也是业界广泛使用的事件。
它是80年代艾默生公司开发的专有通信协议，旨在解决现有4-20mA通信协议中只能传输一个参数或测量值的缺陷。在HART的帮助下，工业自动化可以实现双向通信，解决了4-20mA的缺点，但也保留了其基础设施，因为HART协议可以通过将数字信号叠加在模拟信号上来发送数字信号，不会失真或干扰。
上述效果是创建两个同时通信通道：4-20mA模拟信号和数字信号。这种组合就是该协议被称为混合协议的原因。典型应用，如仪表设备，可以使用4-20mA信号发送一次测量值，并使用叠加的数字信号发送信息。
支持基于4-20mA的设备意味着公司可以继续使用他们的旧硬件。随着该协议变得“开放”,这促进了该协议在高水平上的采用，直到它成为行业中事实上的标准。
HART通信协议的工作原理
HART通信发生在两个支持HART的设备之间，通常是智能现场设备和控制或监控系统。如前所述，基于协议的设备使用现有的4-20mA方法来传输模拟信号，并使用Bell202频移键控(FSK)标准。
FSK过程包括叠加两种频率的正弦波，通常为1200Hz和2200Hz，代表传输数据的位(分别为1和0)。FSK的使用保证了两个频率的平均值始终为零，从而保证了模拟信号不受数字信号的影响。
网络配置模式
为了满足各种应用的需要，HART协议下的设备可以配置成两种主要的工作模式；
点对点模式
多点模式
1.P2P网络模式
在点对点模式下，数字信号叠加在420ma的回路电流上，因此420ma电流和数字信号均可用于在主机和从机之间传输信息。这代表了协议的典型应用，具有辅助变量和数据，可以通过数字信号交换用于监控、维护和诊断目的，并且控制信号通过协议的模拟部分发送。下图说明了点对点网络配置。
2.多点网络模式
多点网络配置模式允许多个设备以类似于i2c和其他基于地址的协议的方式连接到同一对线路。多点模式下的通信是完全数字的，因为通过模拟环路电流的通信被禁用，因为通过每个器件的电流被固定在刚好够器件工作的最小值(通常为4mA)。多点网络配置通常用于间距较大的监控应用，如油罐区和管道。多点网络配置如下图所示。
通信方法
通常，对于HART协议下的通信，网络中的一个设备(通常是分布式控制系统或PLC)需要被指定为主站，而其他设备(通常是传感器或执行器等现场设备)需要被指定为从站。
然而，从设备与主设备的通信方式取决于网络配置的通信模式。您可以将符合HART协议的设备网络设置为以两种模式进行通信，即：
请求-响应通信模式
成组方式
1.请求-结果
在请求-响应通信模式中，从设备仅在主设备发出请求时发送信息。虽然这种模式有其缺点，特别是降低了通信速度(每秒2-3次数据更新)，但它有助于保持协议简单、有效和易于实现。
2.成组方式
为了给应用需求的变化留出空间，协议还有另一种通信模式，称为“突发”模式。在这种模式下，从机可以连续发送消息，无需主机重复请求。这种模式提供了更快的通信速度，每秒最多可以更新3-4次。当需要多个HART设备来监听来自HART环路的通信时，通常使用这种方法。
为了支持大多数工业应用所需的外部监控，两种通信模式都支持最多两台主机，分别定义为主主机和辅助主机。如上图所示，主主机通常是主控/监控系统，从主机通常是手持终端(也称为HART通信器)等设备，只短时间连接到HART回路。
利益
HART协议相对于类似协议的一些优势包括：
1.双向通信
例如，使用4-20mA模拟信号只允许信息单向流动(发射器到接收器)。通过HART通信，数据可以双向传输。
2.新信息
4-20mA等传统通信通道仅允许单个过程变量的通信，并且没有验证空间，但使用HART，您可以获得多达40个附加信息和过程变量。
可以从基于HART的设备收集的其他信息包括：
设备状态和诊断警报
过程变量和单位
回路电流和百分比范围
基本配置参数
制造商和设备标签
使用这些附加信息的组合，HART设备可以自己向主站/主机设备报告其配置或操作问题。这有助于减少例行检查的需要，对于预测性维护非常有用。
3.多变量设备
在数字模式下，一对导线可以处理多个变量。例如，发射器可以处理来自多个传感器的输入。
4.供应商独立性
与HART相关的一切都由艾默生移交给HART通信基金会，因此这些标准是开放的，并不特定于某个供应商。这意味着没有被局限于有限的特定于供应商或区域性“标准”的危险。
5.供给广度
HART目前被认为是全球过程工业中支持最广泛的协议。如此普及，工业设备兼容HART的概率几乎是1。
6.互用性
无论供应商、型号和其它困扰网络的兼容性/互操作性问题如何，HART兼容设备和主机系统都可以协同工作。即使它不是为处理来自HART设备的数字信息而设计的主机设备，它仍然可以通过4-20mA模拟信号进行通信。
无线HART
多年来，随着技术的发展和用例的日益复杂，HART协议一直在发展。其最新产品之一是一项名为WirelessHART的新技术，通过无线传输HART信息提供了一种新的可能性。
它是过程自动化领域的第一个标准化(IEC62591)无线通信协议。与传统的HART协议不同，它在这个阶段只支持通过数字信号进行通信，因为没有使用连接电缆，所以它不提供模拟通信。
目前，有两种不同的WirelessHART解决方案，包括：
用于增强现有HART设备的无线hart适配器
自供电无线HART发射器。
WirelessHART可用于现有的有线仪器中，以收集之前滞留在仪器中的大量信息，并且它还提供了一种经济、高效、简单和可靠的方式来部署新的测量和控制点，而无需布线成本。
