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无线HART协议概览——技术白皮书

2008.05.23阅读 11520

  无线HART标准是面向过程测量、过程控制和资产管理全面应用的一种可靠的无线协议。基于成熟的HART协议,无线HART可以让用户在保持现有设备、工具和系统一致性的基础上,快速方便地获得无线技术带来的好处。
  开发无线HART技术的工业领导厂商的设计初衷是为了满足过程工厂无线网络运行的独特要求,其基本性能包括:
  ●利用网状网络(mesh networking)、跳频和时间同步通信等技术保证了无线抗干扰能力,也可以与其他无线网络的共存。
  ●通过加密、验证、认证、关键词管理和其他开放的工业标准级最佳实践保障网络通信的安全性和私密性。
  ●通过智能数据发布(Smart Data Publishing)和其他技术提供高效能耗管理,可以为无线设备提供电池供电、太阳能供电和其他低能耗选择。
  正是基于这些特性,无线HART被认为是在未来ISA100的多项无线标准里面,能够满足用户无线过程自动化网络需求的最佳方案之一。
  本文将总结无线HART的关键要点,包括以几个决策选项作为无线过程自动化应用对无线HART的选择依据。更多详细报文请参看www.harcomm.org

  介绍
  2007年9月

,无线HART标准作为HART 7.0规范中的一部分进行了正式发布,这成为过程运行无线技术快速发展时代的一个重要里程碑。无线HART不但为过程应用提供一种可靠的专用无线协议,而且也为用户提供了一种行业认可的标准,使其在进行无线应用决策时有选择的依据。

无线HART协议概览——技术白皮书如图

  什么是无线HART?
  无线HART是一种针对过程自动化应用的无线网状网络通信协议。其目的是让用户在保持现有设备、工具和系统一致性的基础上,为HART协议增加无线功能。
  每一个无线HART网络包括三个主要构成:
  ●连接过程或工厂设备的无线现场装置
  ●实现现场装置与上位主应用程序通信的网关,主应用程序则与高速骨干网或其他现有工厂级网络连接。
  ●负责网络配置、设备间通信调度、报文路由管理和网络状态诊断的一个网络管理器。这个网络管理器可以集成到网关、主应用程序或过程自动化控制器当中。

无线HART协议概览——技术白皮书如图

  无线HART协议符合IEEE 802.15.4标准控制工程网版权所有,工作频率为专用于工业、科技和医疗应用的2.4GHz宽带信道。该频率采用直接序列扩频技术和跳频技术来保证安全和可靠性,并采用时分多址(TDMA)的同步、隐式报文控制通信技术进行网络设备通信。这一技术已经在广泛的过程控制工业中进行了成熟的现场试验和实际的工厂安装。
  网状网络的每一个装置都可为其他装置的报文提供路由功能。换句话说,一个装置无需直接与网关通信而只需要将其发送的报文传递到最近的下一个装置。这样就扩展了网络范围,并增加了冗余通信路由能力CONTROL ENGINEERING China版权所有,最终增强了网络可靠性。网络管理器根据隐式报文、有效性和可靠性要求决定冗余路由途径。为了保证冗余路由途径保持开放和畅通,报文将持续在冗余路径之间进行切换选择。就如Internet技术中那样,如果一条报文无法通过某一路由到达目的地www.cechina.cn,它将自动重新路由到一条正确的冗余路径上,而且数据不会丢失。
  网状拓扑也让添加或者删除网络装置变得容易。只要一个装置与网络中其他装置属于同一类别,就能够直接进行通信。
  为了实现面向不同应用要求的灵活性,无线HART协议支持多报文模式,包括过程和控制数值的单向发布模式,异常自动通知模式、自组织分组(Ad hoc)网络请求/响应模式和大数据集的自分段块传输模式。这些功能使得通信系统可以根据应用要求进行定制,从而降低了能耗。

  标准化的协议
  作为一项基于标准的技术控制工程网版权所有,无线HART体现了过程自动化和工业无线领域的最佳理念和成果,为过程工业应用中来自多家供应商的智能测量和控制装置提供了很好的互操作性。
  无线HART规范创立的第一个面临的选择就是,是创建一个全新的协议还是建立在已具有良好基础的HART协议之上?HART通信基金会(HCF)成员很快意识到www.cechina.cn,基于原有的HART协议进行无线通信技术开发是最快捷、最容易、风险最低的方法,也是最终用户更容易接受和实施的无线解决方案。
  ●适用性:HART技术的目的是帮助用户解决过程测量和控制问题,这些问题无论对有线还是无线技术都是一样的。如今有线HART装置的广泛应用表明,HART通信技术可以解决绝大多数的过程应用问题。HART协议主要支持
  ●熟悉度:全球至少安装了2400万个HART装置,这些现场用户已经具备了HART工具、培训知识和相应的实际工作经验。比起采用全新的无线协议,HART无线协议规范所带来的变动更小。
  ●使用简便:HART技术之所以得到普遍应用,很大的原因在于它便于实施和使用,因此可以帮助用户很快得到无线技术带来的好处。
  ●技术支持和稳定性:大量的安装基础和相当数量的HART产品提供商的存在,加上HART通信基金会(HCF)的大力推

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