HART：今日所选，明日之盼

发布时间：2013-05-21 作者：Suzanne Gill

        HART（可寻址远程传感器高速通道）通信协议是通过智能设备和控制或者监控系统之间的模拟线路发送和接受数字信息的全球标准。WirelessHART技术的出现极大地扩展了这种技术的能力，同时还能够与现有HART设备、工具和系统兼容。
        “虽然诸如基金会现场总线和Profibus之类的数字现场总线技术进入市场已经超过10年，HART仍旧在当今市场占据主导地位，分摊了超过90%的市场份额。”ABB公司自动化产品设备集成管理部门负责人Frank Fengler说道。
        HART技术出现的最初目的是在4-20mA信号上加载数字通信。“它主要是为了能够接入远程或者危险应用场合，以其层次化的通讯对设备实施配置，”Endress+Hauser公司项目和解决方案部门总裁Frank Hils说道：“最初，这种技术毫不起眼，虽然可以用于设备配置，但是之后其数字通信能力几乎弃之如无物。”
        然而，随着现场总线通信被工业界越来越广泛地采用和接纳，HART通讯的使用也越来越多了。当用户意识到HART设备所提供的智能信息的价值的时候，他们就能够更好地利用HART了。
        除此之外，对于使用数字信息对资产管理能力进行优化的需求越来越高涨。“这样一来，更多的主机系统开始支持HART技术，它们可以在应用中读取HART数字信息。”Fengler说道。
        “好处有两部分”Fengler继续道：“一方面，由于设备已经被安装在了现场，那么需要的额外投资就很少——可能仅仅是一个兼容HART的I/O设备的价格。另一方面，设备提供的信息能够帮助优化他们的系统，对于维护特别有帮助，进而能够帮助提高产量。”
        “有了HART技术，设备开发设计也产生了一些积极变化，”Fengler继续道：“在设备和系统之间构建一条数据高速公路，能够为设备带来更多的功能，且无需额外的布线，考虑到无法估计的时间成本，这一好处更加明显。”
        “今天，虽然更多人正在使用HART，但还是有很多用户无视其身边的HART设备，这意味着他们仍旧使用大量的操作人员进行一些庞杂无谓的任务。”Fengler说道。所以如果你正在读这篇文章，而且正在思考如何应对管理层对于更高产量、更少停机时间以及更好能耗管理的日渐严苛的要求时，你应当想想如何对已经安装的HART设备更好地利用。
        为了使系统物尽其用，多借鉴一些工厂案例。“设计控制回路时，需要考虑HART的能力。”Fengler建议道：“这可能有助于降低固定资产投入。例如，如果你不知道一台设备可以产生三个值，而是使用三台设备来完成这一项工作，那么这显然是低效的设计。”
        挖掘潜能
        Juergen Spitzer博士是纽伦堡Siemens工业自动化集团过程仪表部门负责人，他相信HART协议能够挖掘工厂潜能。“一个典型的例子就是使用现代HART系统替换老式的控制系统。使用4-20mA/HART信号对现有智能现场设备进行维护，安装WirelessHART设备以灵活应对未来需求，用户可以获得多项益处。”他说道。
        “集成了HART的新型通信架构可以实现从多个自动化层级对现有现场设备进行更加便捷的操作，集成HART的解决方案可以增加工厂的透明性。”
        “通过使用HART-IP与WirelessHART网关通信，WirelessHART能够以和有线HART设备相同的方式轻松融入控制策略。这是一种通过以太网与HART部件和设备实现通信的标准化方法。对于用户这很重要，因为除了有线连接，他们还可以使用工业无线网络（IWLAN），而后者可以通过减少电缆和通信组件来实现成本降低。”

HART 的优势之一是它有两个可同时进行的通信信道—— 4-20 mA 通道和数字通道。图片来源： HART通讯基金会。

        HART IP
        HART-IP用来辅助进行系统集成。它作为主机应用程序和多路复用器、网关之类的HART I/O之间的高带宽连接，将HART网络和应用协议层级与互联网协议结合在一起，以实现与现有IP基础设备接口。
        对于HART协议的未来，Fegnler看到了两种并列的态势。“传统地认为，现场数据仅仅能够通过控制系统送达至管理层级或者商业层级，而控制系统就是瓶颈所在。然而，越来越强的数字化能力提供了另一种方法，信息可以从设备层级直接到达商业层级，无需直接引入控制回路，避免影响控制系统的完整性。HART技术的最强功能就在于能够将4-20mA信号和数字信号分离。”
        当然，实现这个目的还要考量现有设备的安装年限，但是大多数设备都是在最近10年内安装完成的，几乎肯定会具有这种数字提取能力。
        “物联网”中的角色
        未来，Fengler预测HART将具有更高的通信速度。他还预测更多IT能力和互联网协议将会向现场层级转移。“设备能力越来越强，我认为HART技术也会在‘物联网’中扮演更重要的角色。”他说道：“HART设备不仅仅是一台设备，它还是一台网络服务器，很多用户使用其数据，也同时向其提供数据。”
        “我还相信，在未来，由于设备能力空前强大，所以数据终端的变化并不大，例如HMI和现场设备。现场设备的价值和级别将会更高，全局架构将会更加平坦，而HART设备在其中扮演信息服务器的角色。”
        Emerson Process Management公司的高级市场经理Jim Cobb认为HART仪表的一项主要发展就是诊断能力的进步。他说道：“以前，诊断功能仅仅对设备本身的作业状态做出报告，今天的仪表可以对于那些影响阀门控制器的测量结果和作业能力的外部状态进行报告。”
        “设备具有监控信号环路电平的能力，后者能够揭示总线故障、外壳积水或者电源故障，在过程受到影响之前对情况做出预警。流量计可以自动识别读数，减少校准频率。检测‘漂移’误差，这种误差看似正确，但是与过去的测量结果不一致，这种功能能够防止不必要的关机，提升安全性。”
        Emerson公司的产品市场经理Sergio Diaz认为HART技术的最大好处就是简便。“它使用4-20mA信号，这种信号很可靠，用户也很熟悉，它还能够与老式系统兼容，使用非常灵活。HART通讯基金会还在继续为HART增加新能力，帮助这种技术成长。例如最近，HART通讯基金会为HART增加了对于NAMUR NE 107的支持。”
        NAMUR能够创建一组设备状态建议信息，能够从现有现场设备网络获得更好的一致性。很多工厂针对不同应用场合使用多种技术，一般来讲，诊断信息都会以不同的形式表达，而NE 107提供了一种向全部系统报告事件的标准方法。
        “我预计设备生产厂商将会开始提供NE 107功能，主机系统也会开始利用这种功能来改进预测性诊断功能，以及为设备诊断功能提升所有的信息可用性。这样一来，从设备发出的报警信号将具有标准化的格式，不管它来自于哪家制造商——它们都会以同一种方式报告，搭建一种一致性的方法。”Diaz总结道。
        从面世之初，HART技术就以其简单、可靠和协同作业能力实现了高性价比的作业模式。所以，如果你计划进行设备升级、工厂扩建或者新建，那么可以考虑使用HART通信技术。HART技术是今日所选，更是明日之盼。