無(wú)線HART標(biāo)準(zhǔn)是面向過(guò)程測(cè)量、過(guò)程控制和資產(chǎn)管理全面應(yīng)用的一種可靠的無(wú)線協(xié)議。基于成熟的HART協(xié)議，無(wú)線HART可以讓用戶在保持現(xiàn)有設(shè)備、工具和系統(tǒng)一致性的基礎(chǔ)上，快速方便地獲得無(wú)線技術(shù)帶來(lái)的好處。
開(kāi)發(fā)無(wú)線HART技術(shù)的工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)廠商的設(shè)計(jì)初衷是為了滿足過(guò)程工廠無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的獨(dú)特要求，其基本性能包括：
●利用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（mesh networking）、跳頻和時(shí)間同步通信等技術(shù)保證了無(wú)線抗干擾能力，也可以與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的共存。
●通過(guò)加密、驗(yàn)證、認(rèn)證、關(guān)鍵詞管理和其他開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)最佳實(shí)踐保障網(wǎng)絡(luò)通信的安全性和私密性。
●通過(guò)智能數(shù)據(jù)發(fā)布（Smart Data Publishing）和其他技術(shù)提供高效能耗管理，可以為無(wú)線設(shè)備提供電池供電、太陽(yáng)能供電和其他低能耗選擇。
正是基于這些特性，無(wú)線HART被認(rèn)為是在未來(lái)ISA100的多項(xiàng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)里面，能夠滿足用戶無(wú)線過(guò)程自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)需求的最佳方案之一。
本文將總結(jié)無(wú)線HART的關(guān)鍵要點(diǎn)，包括以幾個(gè)決策選項(xiàng)作為無(wú)線過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用對(duì)無(wú)線HART的選擇依據(jù)。
介紹
2007年9月，無(wú)線HART標(biāo)準(zhǔn)作為HART 7.0規(guī)范中的一部分進(jìn)行了正式發(fā)布，這成為過(guò)程運(yùn)行無(wú)線技術(shù)快速發(fā)展時(shí)代的一個(gè)重要里程碑。無(wú)線HART不但為過(guò)程應(yīng)用提供一種可靠的專用無(wú)線協(xié)議，而且也為用戶提供了一種行業(yè)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，使其在進(jìn)行無(wú)線應(yīng)用決策時(shí)有選擇的依據(jù)。
什么是無(wú)線HART？
無(wú)線HART是一種針對(duì)過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。其目的是讓用戶在保持現(xiàn)有設(shè)備、工具和系統(tǒng)一致性的基礎(chǔ)上，為HART協(xié)議增加無(wú)線功能。
每一個(gè)無(wú)線HART網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)主要構(gòu)成：
●連接過(guò)程或工廠設(shè)備的無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)裝置
●實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)裝置與上位主應(yīng)用程序通信的網(wǎng)關(guān)，主應(yīng)用程序則與高速骨干網(wǎng)或其他現(xiàn)有工廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接。
●負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)配置、設(shè)備間通信調(diào)度、報(bào)文路由管理和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)診斷的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理器。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理器可以集成到網(wǎng)關(guān)、主應(yīng)用程序或過(guò)程自動(dòng)化控制器當(dāng)中。
無(wú)線HART協(xié)議符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為專用于工業(yè)、科技和醫(yī)療應(yīng)用的2.4GHz寬帶信道。該頻率采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和跳頻技術(shù)來(lái)保證安全和可靠性，并采用時(shí)分多址（TDMA）的同步、隱式報(bào)文控制通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信。這一技術(shù)已經(jīng)在廣泛的過(guò)程控制工業(yè)中進(jìn)行了成熟的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際的工廠安裝。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)裝置都可為其他裝置的報(bào)文提供路由功能。換句話說(shuō)，一個(gè)裝置無(wú)需直接與網(wǎng)關(guān)通信而只需要將其發(fā)送的報(bào)文傳遞到最近的下一個(gè)裝置。這樣就擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)范圍，并增加了冗余通信路由能力，最終增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)可靠性。網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)隱式報(bào)文、有效性和可靠性要求決定冗余路由途徑。為了保證冗余路由途徑保持開(kāi)放和暢通，報(bào)文將持續(xù)在冗余路徑之間進(jìn)行切換選擇。就如Internet技術(shù)中那樣，如果一條報(bào)文無(wú)法通過(guò)某一路由到達(dá)目的地，它將自動(dòng)重新路由到一條正確的冗余路徑上，而且數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。
網(wǎng)狀拓?fù)湟沧屘砑踊蛘邉h除網(wǎng)絡(luò)裝置變得容易。只要一個(gè)裝置與網(wǎng)絡(luò)中其他裝置屬于同一類別，就能夠直接進(jìn)行通信。
為了實(shí)現(xiàn)面向不同應(yīng)用要求的靈活性，無(wú)線HART協(xié)議支持多報(bào)文模式，包括過(guò)程和控制數(shù)值的單向發(fā)布模式，異常自動(dòng)通知模式、自組織分組（Ad hoc）網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求/響應(yīng)模式和大數(shù)據(jù)集的自分段塊傳輸模式。這些功能使得通信系統(tǒng)可以根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行定制，從而降低了能耗。
標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議
作為一項(xiàng)基于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，無(wú)線HART體現(xiàn)了過(guò)程自動(dòng)化和工業(yè)無(wú)線領(lǐng)域的最佳理念和成果，為過(guò)程工業(yè)應(yīng)用中來(lái)自多家供應(yīng)商的智能測(cè)量和控制裝置提供了很好的互操作性。
無(wú)線HART規(guī)范創(chuàng)立的第一個(gè)面臨的選擇就是，是創(chuàng)建一個(gè)全新的協(xié)議還是建立在已具有良好基礎(chǔ)的HART協(xié)議之上？HART通信基金會(huì)（HCF）成員很快意識(shí)到，基于原有的HART協(xié)議進(jìn)行無(wú)線通信技術(shù)開(kāi)發(fā)是最快捷、最容易、風(fēng)險(xiǎn)最低的方法，也是最終用戶更容易接受和實(shí)施的無(wú)線解決方案。
●適用性：HART技術(shù)的目的是幫助用戶解決過(guò)程測(cè)量和控制問(wèn)題，這些問(wèn)題無(wú)論對(duì)有線還是無(wú)線技術(shù)都是一樣的。如今有線HART裝置的廣泛應(yīng)用表明，HART通信技術(shù)可以解決絕大多數(shù)的過(guò)程應(yīng)用問(wèn)題。HART協(xié)議主要支持
●熟悉度：全球至少安裝了2400萬(wàn)個(gè)HART裝置，這些現(xiàn)場(chǎng)用戶已經(jīng)具備了HART工具、培訓(xùn)知識(shí)和相應(yīng)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。比起采用全新的無(wú)線協(xié)議，HART無(wú)線協(xié)議規(guī)范所帶來(lái)的變動(dòng)更小。
●使用簡(jiǎn)便：HART技術(shù)之所以得到普遍應(yīng)用，很大的原因在于它便于實(shí)施和使用，因此可以幫助用戶很快得到無(wú)線技術(shù)帶來(lái)的好處。
●技術(shù)支持和穩(wěn)定性：大量的安裝基礎(chǔ)和相當(dāng)數(shù)量的HART產(chǎn)品提供商的存在，加上HART通信基金會(huì)（HCF）的大力推廣，為該協(xié)議的使用提供了保障。
●時(shí)間節(jié)省：將無(wú)線功能加到現(xiàn)有協(xié)議中而不是重新開(kāi)始設(shè)計(jì)全新的協(xié)議的做法，大大縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，能夠迅速得到采用。同時(shí)，還有利于原有的HART有線產(chǎn)品設(shè)備制造商快速提供無(wú)線裝置產(chǎn)品。
●低風(fēng)險(xiǎn)：在現(xiàn)有協(xié)議基礎(chǔ)上的無(wú)線規(guī)范可以大大減少技術(shù)實(shí)現(xiàn)或者開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題，也讓用戶能夠盡快用上可靠的無(wú)線技術(shù)。
采用HART無(wú)線技術(shù)還可以提供新標(biāo)準(zhǔn)或其他無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法獲得的好處。目前大量已安裝的HART裝置中，由于其主系統(tǒng)不能訪問(wèn)數(shù)字化HART數(shù)據(jù)，很多儀表診斷功能已經(jīng)失效。無(wú)線HART的適配器功能提供了一種與資產(chǎn)管理系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等其他工具的通信機(jī)制，從而讓這些診斷數(shù)據(jù)發(fā)揮作用。這一需求的釋放使得制造商們?cè)敢饪焖匍_(kāi)發(fā)出無(wú)線HART產(chǎn)品，也讓用戶愿意采用無(wú)線技術(shù)。
工作的正確工具
無(wú)線技術(shù)可以在很多場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用，無(wú)論是物理上無(wú)法或難以進(jìn)行的測(cè)量要求，還是工廠級(jí)的資產(chǎn)與人員跟蹤、安全和工人生產(chǎn)效率監(jiān)控的要求。
然而，無(wú)線HART規(guī)范工作組也認(rèn)識(shí)到，沒(méi)有一種技術(shù)能夠適合所有的應(yīng)用。因此工作組的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是面向那些沒(méi)有合適無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)合。
與有線HART一樣，無(wú)線HART技術(shù)支持全部過(guò)程監(jiān)控應(yīng)用，包括：設(shè)備和過(guò)程監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)視、能源管理、法規(guī)遵循、資產(chǎn)管理、預(yù)測(cè)性維護(hù)、先進(jìn)診斷、閉環(huán)控制等等。
