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零点为何选取HAR标准的作为技术研究方向?

供稿:四川零点自动化系统有限公司 2013/12/26 9:46:17

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  零点定位于“先进测控技术整合者”,结合工程实践与市场需求,不断吸收世界领先测控技术,求实创新。下面介绍一下为何我们选择HART通信协议作为公司产品技术研究重点。

  多年来,过程控制系统经历了几代的发展。现场总线是过程控制系统中一个重要的里程碑。现场总线通过总线网络将现场设备连接到上位机,而不是每个设备各自连接到上位机。现场总线是工业级的,它们有更多的限制和要求。一些流行的网络协议(如以太网)不能直接用于过程工业现场,除非它是经过改进的。随着设备的网络化,许多新功能被开发出来。例如,一些现场总线支持现场控制(con-trol-the-field)。在不需要上位机参与的情况下,运行在设备中的控制模块就可以完成一个控制回路,这即为现场控制(con-trol-the-field)。现场总线也激活了许多诊断和维护功能,这样能为用户节省大量的成本。许多不同的现在总线协议也已被开发出来了,如Foundation Fieldbus,Profibus,DeviceNetTM,Modbus等。
  HART通信协议是这些现场总线之一。在最初的设计中,HART通信协议利用现有的4~20mA双绞线提供维护功能。其他现场总线通常要求更换以前的非现场总线控制系统,但是HART总线不是用来取代这些非现场总线控制系统的,而是建立在这些非现场总线控制系统之上的。用HART设备取代传统的设备后,在无需其他硬件改造的情况下,上位机突然就能获得很多设备信息。HART标准允许继续按旧的方式处理过程数据。由于HART标准的简单和逐步演化的特征,它在世界上拥有最大的现场安装量。
  无线代表着仍在进行中的另一代。WirelessHART标准绝不是定义一个全新的无线总线协议,而是通过在HART标准上扩展无线功能来延续它的传统。Wire-lessHART网络是一个拥有最新无线技术的、真正意义上的网状网络。与此同时,WirelessHART网络顺利地继承有线HART网络的特征。这样,大量的有线HART系统和设备都可以轻松地转变到无线模式。目前,我们还没有任何关于其他现场总线转变到无线模式的重要信息。
  随着WirelessHART网络的使用,过程和控制数据可以不再通过模拟的4~20mA线路来传输。然而,这样就会出现一个奇怪的现象:现场驱动器对每个发给自己的数据报文都要回送一个响应报文,例如在控制回路中,周期性输出数据被嵌入到命令79中发送给执行器,而命令79要求一个响应报文。实际上,依据过程控制的习惯做法,周期性的数据并不需要响应。

 经过数十年的发展,HART通信基金会依托成员公司的技术资源,和专业技术优势,创造了一种全新的无线技术——wirelessHART。该技术在拓展HART的同时,也充分考虑全球范围内已有大量HART设备被安装的现实。在最新的增强版HART标准中,HART通信基金会吸收了一些经过应用验证的现场通信技术、网络技术和安全协议,并将其整合成简单、可靠、安全的无线技术标准。

wirelessHART技术具有以下几个特性:
wirelessHART技术的简便性
  wirelessHART是易于现实的、可靠的技术。通过与现有HART设备、工具和系统兼容、它可以提供与HART产品相关的安全、简便、可靠的用户体验。 wirelessHART技术的简便性一方面源于wirelessHART网络的自身特征。wire-lessHART网络是一种自组织、可治愈、自适应的网络,它能自动调整以适应工厂环境的变化(例如新设备连接到网络时引起的变化)。线缆架设和材料开支的减少,使设备的安装和调试过程更加简单,这样就降低了人力成本。摆脱了架设线缆的束缚,网络可以很方便的覆盖至偏远地区。网络的建构可以以每次布置一个设备的方式来实现,而不需要一开始就构建出整个系统。
  wirelessHART技术的其他优势还包括可以减少工程项目成本和时间。 由于没有线缆的限制,这些无线设备可以像传统有线设备一样与主控系统通信。采用无线技术还能更简单、更快捷地构建出一个用于过程研究的临时系统。
wirelessHART技术的可靠性
  wirelessHART技术的许多特性保证其在工业环境中也能提供可靠的数据通信,而这些工业环境通常是很不利于无线通信的。工业环境通常由高密集度的铁制设施组成,而这些铁制设施会干扰无线信号的传输。此外,在工业环境中,大型设备常会频繁地移动,现场条件也会不断的变化。各种各样的射频和电磁干扰都会影响通信的顺畅。wirelessHART技术采用了直接序列扩频技术来将通信分散到多个不同的物理信道。wirelessHART网络是一种冗余的、可治愈的网络。它是一种能支持多个接入点的网状网络,而非星形或树形拓扑结构的网络。它能检测到传输路径的恶化并自动修复,还可以自动选择路径从而绕过障碍物,还能随机地在不同信道上通信。 wirelessHART网络具有的许多技术使得它能很好地与其他无线网络共存。

wirelessHART技术的安全性
  wirelessHART技术采用强健的安全措施来随时保障网络和数据安全。这些安全措施包括最先进的安全技术,从而提供最高层次的安全保护。wirelessHART技术在多个子层里都使用了工业标准的128为AES加密算法。数据链路层的网络密钥用于认证每次数据传输。在网络层,每个回话都有不同的钥密以加密和认证点通信。每个wirelessHART设备都拥有各自的加入密钥,用于设备入网过程中的加密和认证。此外,在网络的整个生命周期中,网络管理器会周期性的更换网络中所有秘钥。
  wirelessHART标准采用了多种技术来保护网状网络自身的安全。它在时隙层面上采用跳信道技术,这样实际传输的物理信道在信息将要传送时才被确定。设备传输的功率可由网络管理器控制。大功率传输可用于应对高噪声环境,而小功率传输可用于覆盖小区域的网络。此外,小功率传输往往使网络入侵者更难察觉到通信的相关信息。
  wirelessHART标准着眼于工业需求。它支持工业应用的所有环节,从快速工程设计、安装、试运行,到简单的故障诊断和排除以及可将计划内维护变成更合算的预见性维护。HART标准除了考虑到过去及现在的HART设备,还确保现在的HART设备和未来的HART设备之间也能相互协调的工作。

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