現場總線技術綜述
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5、HART
HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的縮寫。最早由Rosemout公司開發并得到80多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會。這種被稱為可尋址遠程傳感高速通道的開放通信協議，其特點是現有模擬信號傳輸線上實現數字通信，屬于模擬系統向數字系統轉變過程中工業過程控制的過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較好的發展。
HART通信模型由3層組成 :物理層、數據鏈路層和應用層。物理層采用FSK(FrequencyShiftKeying)技術在 4～20mA模擬信號上迭加一個頻率信號，頻率信號采用Bell202國際標準;數據傳輸速率為1200bps,邏輯“0”的信號頻率為2200Hz，邏輯“1”的信號傳輸頻率為 1200Hz。
數據鏈路層用于按HART通信協議規則建立HART信息格式。其信息構成包括開頭碼、顯示終端與現場設備地址、字節數、現場設備狀態與通信狀態、數據、奇偶校驗等。其數據字節結構為1個起始位，8個數據位，1個奇偶校驗位，1個終止位。應用層的作用在于使HART指令付諸實現，即把通信狀態轉換成相應的信息。它規定了一系列命令;按命令方式工作。它有 3類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設備理解、執行的命令;第二類稱為一般行為命令，它所提供的功能可以在許多現場設備 (盡管不是全部 )中實現，這類命令包括最常用的現場設備的功能庫;第三類稱為特殊設備命令，以便在某些設備中實現特殊功能，這類命既可以在基金會中開放使用，又可以為開發此命令的公司所獨有。在一個現場設備中通常可發現同時存在這3類命令。HART支持點對點主從應答方式和多點廣播方式。按應答應方式工作時的數據更新速率為2～3次/ｓ,按廣播方式工作時的數據更新速率為 3～4次 /ｓ,它還可支持兩個通信主設備。總線上可掛設備數多達 15個，每個現場設備可有256個變量，每個信息最大可包含4個變量。最大傳輸距離3000m，HART采用統一的設備描述語言DDL。現場設備開發商采用這種標準語言來描述設備特性，由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術，來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用接口。但由于這種模擬數字混信號制，導致難以開發出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本安防爆要求。
6、RS-485
盡管ＲＳ-485不能稱為現場總線，但是作為現場總線的鼻祖，還有許多設備繼續沿用這種通訊協議。采用RS-485通訊具有設備簡單、低成本等優勢，仍有一定的生命力。以RS-485為基礎的OPTO-22命令集等也在許多系統中得到了廣泛的應用。
四、現場總線技術展望與發展趨勢
發展現場總線技術已成為工業自動化領域廣為注的焦點課題，國際上現場總線的研究、開發，使測控系統沖破了長期封閉系統的禁錮，走上開放發展的征程，這對我國現場總線控制系統的發展是個極好的機會，也是一次嚴峻的挑戰。現場總線技術是控制、計算機、通訊技術的交叉與集成，涉及的內容十分廣泛，筆者認為應不失時機地抓好我國現場總線技術與產品的研究與開發。自動化系統的網絡化是發展的大趨勢，現場總線技術受計算機網絡技術的影響是十分深刻的。現在網絡技術日新月異，發展十分迅猛，一些具有重大影響的網絡新技術必將進一步融合到現場總線技術之中，這些具有發展前景的現場總線技術有:智能儀表與網絡設備開發的軟硬件技術 ;組態抗術，包括網絡拓撲結構、網絡設備、網段互連等;網絡管理技術，包括網絡管理軟件、網絡數據操作與傳輸 ;人機接口、軟件技術;現場總線系統集成技術。現場總線屬于尚在發展之中的技術，我國在這一技術領域還剛剛起步，了解國際上該項技術的現狀與發展動向，對我國相關行業的發展，對自動化技術、設備的更新，無疑具有重要的作用。總體說來，自動化系統與設備將朝著現場總線體系結構的方向前進，這一發展趨勢是肯定的。既然是總線，就要向著趨于開放統一的方向發展，成為大家都遵守的標準規范，但由于這一技術所涉及的應用領域十分廣泛，幾乎覆蓋了
所有連續、離散工業領域，如過程自動化、制造加工自動化、樓半自動化、家庭自動化等等。大千世界，眾多領域，需求各異，一個現場總線體系下可能不止容納單一的標準。另外，從以上介紹也可以看出，幾大技術均具有自己的特點，已在不同應用領域形成了自己的優勢。加上商業利益的驅使，它們都各自正在十分激烈的市場競爭中求得發展。有理由認為:在從現在起的未來 10ａ內，可能出現幾大總線標準共存，甚至在一個現場總線系統內，幾種總線標準的設備通過路由網關互連實現信息共享的局面。在連續過程自動化領域內，今后10ａ內，FF基金會現場總線將成為主流發展趨勢，LonWorks將成為有力的競爭對手，HART作為過渡性產品也能有一定的市場。這3種技術是從這一領域的工業需求出發，其用戶層的各種功能是專業連續過程設計的，而且充分考慮到連續工業的使用環境，如支持總線供電，可滿足本質安全防爆要求等。另外，FF基金會幾乎集中了世界上主要自動化儀表制造商;LonWorks形成了全面的分工合作體系。這些因素對成為這一領域的主流技術是十分關鍵的。
由于HART建立在目前廣泛采用的模擬系統之上，它可以充分照顧到現有設備和已有投資的效益，技術上也充分考慮連續過程使用環境的需要。目前它已經占有一定的市場份額，其技術本身還在不斷完善與更新，如提高傳輸速率等。目前國外HART儀表的市場份額還在不斷增長，呈上升趨勢，但是它畢竟是過渡性產品，其生存周期不會很長。國內則由于很多項目都是新項目，所以對兼容性的考慮較少，而對先進性的考慮較多，相信HART在國內的市場份額不會很大。國內市場與國外市場會有比較大的差異。一方面國外市場上占優勢的產品會不斷滲透到國內;另一方面，由于國內廠商的規模相對較小，研發能力較差，更多的是依賴技術供應商的支持，比較容易受現場總線技術供應商 (芯片制造商等)對國內的支持和市場推廣力度的影響。國內目前僅LonWorks技術有實質性的市場活動，所以大部分國內廠商將首先將接受LonWorks技術。盡管FF號稱儀器儀表行業的未來標準，但是由于沒有明確的市場策略和在國內的積極的市場活動，市場份額將會受到很大影響。而且事實表明，所有的現場總線基金會(FF)會員在研制符合FF標準的同時，都同時推出采用LonWorks技術的應用，由此可見LonWorks技術的生命力十分頑強。在離散制造加工領域，由于行業應用的特點和歷史原因，其主流技術會有一些差別。Profibus和CAN在這一領域具有較強的競爭力。他們已經在這一領域形成了自己的優勢。
在樓宇自動化、家庭自動化、智能通信產品等方面，LonWorks則具有獨特的優勢。由于LonWorks技術的特點，在多樣化控制系統的應用上將會有較大的發展。
現場總線技術的興起，開辟了工廠底層網絡的新天地。它將促進企業網絡的快速發展，為企業帶來新的效益，因而會得到廣泛的應用，并推動自動化相關行業的發展。
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