在物联网（IoT）成为主流之前，让两台机器（或其中的组件）相互交谈的好处对于工业自动化和控制专家而言是显而易见的。曲轴中心的温度传感器中的值发送了测量值，以控制电动机驱动继电器等，这一点很明确，实现此目的使用的通信协议之一就是HART协议。
HART协议已在全球安装了超过3000万个基于该设备的设备，被认为是工业自动化中最流行的协议，今天的文章将概述其特殊性。我们将检查其功能，应用程序和诸如WirelessHART的升级版本。
总览
高速公路可寻址远程传感器（HART）协议是工业自动化中最流行的开放式通信协议之一，用于通过智能设备与控制系统之间的模拟布线来发送和接收数字信息。该协议是对串行通信协议（如RS485）和事件的一种改进，该协议在工业中也得到了广泛使用。
它是由艾默生（Emerson）在1980年代开发的一种专有通信协议，旨在解决现有4-20mA通信协议中的缺陷，该协议只能传输一个参数或测量值。借助HART，工业自动化工作可以实现双向通信，从而解决了4-20mA的缺点，但是由于HART协议可以通过将数字信号叠加在模拟信号上而不会失真或干扰地发送数字信号，因此可以保留其基础结构。
上面的效果是创建两个同时的通信通道：4-20mA模拟信号和数字信号。这种组合就是为什么将该协议称为混合协议的原因。诸如仪表设备之类的典型应用可以使用4-20mA信号发送主要测量值，并使用叠加的数字信号发送信息。
对基于4-20mA的设备的支持意味着公司可以继续使用其旧版硬件。随着协议成为“开放”协议，这推动了该协议的采用水平提高，直到成为业界的实际标准为止。
HART通信协议的工作
HART通信发生在两个启用HART的设备之间，通常是智能现场设备和控制或监视系统。如前所述，基于协议的设备使用现有的4-20mA方法传输模拟信号，并通过使用Bell 202频移键控（ FSK）标准。
FSK过程涉及叠加两个频率的正弦波，通常为1200Hz和2200Hz，分别代表要发送的数据的位（分别为1和0）。使用FSK可确保两个频率的平均值始终为零，从而确保模拟信号不受数字信号的影响。
网络配置模式
为了满足各种应用程序的需求，可以将HART协议下的设备配置为以两种主要模式运行：
- 点对点模式
- 多滴模式
1.点对点网络模式
在点对点模式下，数字信号叠加在4–20 mA环路电流上，从而可以将4–20 mA电流和数字信号都用于在主机和从机之间传送消息。这代表协议的典型应用，具有辅助变量和数据，可用于监视，维护和诊断目的，通过数字信号交换，同时通过协议的模拟一半发送控制信号。下图提供了点对点网络配置的图示。
2.多点网络模式
多点网络配置模式使多个设备可以以类似于基于地址的协议（如i2c）的方式连接在同一对电线上。多点模式下的通信完全是数字方式，因为通过模拟环路电流的通信被禁用，因为流过每个设备的电流被固定在一个足以满足设备操作要求的最小值（通常为4mA）。多站点网络配置通常用于监督控制应用程序中，这些应用程序在油库和管道中分布广泛。下图显示了多点网络配置。
通讯方式
通常，对于根据HART协议进行的通信，需要将网络中的一个设备（通常是分布式控制系统或PLC）指定为主设备，而将其他通常是现场设备（如传感器或执行器）指定为从设备。
但是，从机与主机通信的方式取决于网络所配置的通信模式。可以将符合HART协议的设备的网络设置为以两种模式进行通信，即：
- 请求-响应通信模式
- 突发模式
1.请求-响应通信模式
在请求-响应通信模式下，从设备仅在主设备发出请求时才发送信息。尽管此模式有其缺点，尤其是降低了通信速度（每秒更新2-3个数据），但它有助于使协议保持简单，有效且易于实施。
2.连拍模式
为了为应用程序要求的变化留出空间，该协议具有另一种称为“突发”模式的通信模式。在这种模式下，从属设备可以连续发送单个信息，而无需来自主设备的重复请求。此模式提供更快的通信速度，每秒最多更新3-4次，通常用于需要多个HART设备才能侦听HART Loop的通信的情况。
为了允许大多数工业应用所需的外部监视，两种通信模式最多支持两个主设备（主设备和次设备）。如上图所示，主要主机通常是主要控制/监视系统，而辅助主机通常是诸如手持终端（又名HART Communicator）之类的设备，该设备仅短时间连接到HART回路。
好处
与同类产品相比，HART协议的一些优势包括：
1.双向通讯
例如，使用4-20mA模拟信号仅允许信息在一个方向上流动（从发送器到接收器）。使用HART Communication，数据可以双向传播。
2.新型信息
传统的通讯通道（例如4-20mA）仅允许通讯一个过程变量，而没有验证空间，但是使用HART，您最多可以获取40个附加信息以及过程变量。
可以从基于HART的设备中收集的其他信息的一些示例包括：
- 设备状态和诊断警报
- 过程变量和单位
- 回路电流和％范围
- 基本配置参数
- 制造商和设备标签
结合使用这些额外信息，HART设备可以将其配置或操作问题自动报告给主设备/主机设备。这有助于减少日常检查的需求，并且对于预测性维护非常有用。
3.多变量设备
在数字模式下，单对电线可以处理多个变量。例如，一个发射机可以处理来自多个传感器的输入
4.供应商独立
艾默生将与HART相关的所有内容移交给了HART通讯基金会，因为这些标准是开放的，并不专门针对某个供应商。这意味着不存在被限制为特定于供应商或地区的“标准”的危险。
5.供应范围
目前，HART被认为是整个流程工业中得到最广泛支持的协议。如此流行以至于工业设备兼容HART的可能性几乎为1。
6.互操作性
兼容HART的设备和主机系统可以一起工作，而不受供应商，型号以及困扰网络的其他兼容性/互操作性问题的困扰。即使不是为处理来自HART设备的数字信息而设计的主机设备，仍将具有通过4-20 mA模拟信号进行通信的某种程度的互操作性。
无线HART
多年来，随着技术的进步和用例的日趋完善，HART协议得到了发展。其发展的最新产品之一是称为WirelessHART的新技术，它通过HART信息的无线传输提供了全新的可能性。
它是过程自动化领域中的第一个标准化（IEC62591）无线通信协议。与常规HART协议不同，该阶段在此阶段仅支持通过数字信号进行通信，因为未提供模拟通信，因为未使用连接电缆。
当前，有两种不同的WirelessHART解决方案，包括：
- 用于增强现有HART设备的WirelessHART适配器
- 自供电的WirelessHART变送器。
WirelessHART可用于现有的有线仪器上，以收集以前在仪器中滞留的大量信息，并且还提供了一种经济高效，简单而可靠的方式来部署新的测量和控制点，而无需增加布线成本。