hart帶寬挖礦

1. 什麼是HART協議，HART是什麼意思

HART(Highway
Addressable
Remote
Transcer)，可定址遠程感測器高速通道的開放通信協議，是美國ROSEMOUNT公司於1985年推出的一種用於現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議。
HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信，經過10多年的發展，HART技術在國外已經十分成熟，並已成為全球智能儀表的工業標准。
1、HART協議採用基於Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊，數據傳輸率為1.2Mbps。由於FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協議通信中主要的變數和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。
HART通信採用的是半雙工的通信方式，其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬於模擬系統向數字系統轉變過程中過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較快發展。HART
規定了一系列命令，按命令方式工作。它有三類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設備都理解、都執行的命令；第二類稱為一般行為命令，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的現場設備的功能庫；第三類稱為特殊設備命令，以便於工作在某些設備中實現特殊功能，這類命令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三類命令。
HART採用統一的設備描述語言DDL。現場設備開發商採用這種標准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並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介面。但由於這種模擬數字混合信號制，導致難以開發出一種能滿足各公司要求的通信介面晶元。HART能利用匯流排供電，可滿足本質安全防爆要求，並可組成由手持編程器與管理系統主機作為主設備的雙主設備系統。紹興中儀電子生產的HART協議智能手操器，可以支持國內外的壓力變送器、溫度變送器等產品調節。

2. HART modbus profibus 這三種協議有什麼區別這幾種協議都是干什麼用的

這是三種不同的通信協議。

HART是結合模擬與數據信號的混合協議來表現控制系統的信息。

通過使用HART，傳統的4-20 mA（模擬）信號被用來代表過程變數或控制輸出信號。次要的變數，設備狀態和設備配置數據都在該4-20 mA信號上通過使用HART數據協議得以傳輸。

modbus和profibus 都是應用是工業現場的匯流排協議，主站控制系統合現場設備用的都比較多， HART在過程式控制制中用的比較多，比如一些流量計，變送器，感測器等，要把它們的數據採集到主控系統中就需要用的一些轉換產品。

比如上位機是modbus協議的DCS或者PLC之類，就要用到HART轉modbus的網關模塊轉換協議採集數據，上海泗博自動化有一款是可以滿足這個需求的 型號是 HTM-611 ，當需要連接profibus主站的時候，就要用到另一個轉換模塊。

HPM-610 上海泗博HART轉modbus 和 HART轉profibus網關，都可以連接多個HART，將多台HART儀表的數據集中採集上傳的上位機。

一、本質類別不同：

1、HART是結合模擬與數據信號的混合協議來表現控制系統的信息。通過使用HART，傳統的4-20 mA（模擬）信號被用來代表過程變數或控制輸出信號，HART不是真正的現場匯流排。

2、Modbus 是一個請求/應答協議。

3、PROFIBUS是一個用在自動化技術的現場匯流排標准。

二、用法不同：

1、HART次要的變數，設備狀態和設備配置數據都在該4-20 mA信號上通過使用HART數據協議得以傳輸。

2、若上位機是modbus協議的DCS或者PLC之類，就要用到HART轉modbus的網關模塊轉換協議採集數據。

3、modbus更多的具有開放式。

三、傳輸方式不同：

1、HART通信採用的是半雙工的通信方式，屬於模擬系統向數字系統轉變過程中過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較快發展。

2、PROFIBUS依據EIA-485規范的電氣傳輸方式會使用阻抗150歐姆的雙絞線，比特率范圍可以從9.6 kbit/s到12 Mbit/s。兩台中繼器之間的網路線長也有限制，隨比特率的不同，上限從100米到1200米。這種傳輸方式主要配合PROFIBUS DP使用。

3、Modbus已經成為工業領域通信協議的業界標准（De facto），並且現在是工業電子設備之間常用的連接方式。

PROFIBUS是一個用在自動化技術的現場匯流排標准。

HART在過程式控制制中用的比較多，比如一些流量計，變送器，感測器等，要把它們的數據採集到主控系統中就需要用的一些轉換產品。

若上位機是modbus協議的DCS或者PLC之類，就要用到HART轉modbus的網關模塊轉換協議採集數據，上海泗博自動化有一款是可以滿足這個需求的 型號是 HTM-611，當需要連接profibus主站的時候，就要用到另一個轉換模塊， HPM-610。

支持1個HART通道，多點模式下使用網關內置電阻支持連接13台儀表，使用外部電阻（250Ω）支持連接15台儀表。

HART側可配置為第一主站或第二主站，支持突發模式，支持長短幀格式，支持所有HART命令，HART輸入數據緩沖區達1600byte，輸出數據緩沖區達1000byte，每通道最多可配置128條命令。

modbus和profibus 都是應用是工業現場的匯流排協議，主站控制系統合現場設備用的都比較多。

後來在1993年提出了架構較簡單，速度也提升許多的PROFIBUS DP（DP代表Decentralized Peripherals）。

PROFIBUS FMS是用在PROFIBUS主站之間的非確定性通信。PROFIBUS DP主要是用在PROFIBUS主站和其遠程從站之間的確定性通信，但仍允許主站及主站之間的通信。

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PROFIBUS的歷史可追溯到1987年聯邦德國開始的一個合作計劃，此計劃有十四家公司及五個研究機構參與，目標是要推動一種串列現場匯流排，可滿足現場設備介面的基本需求。為了這個目的，參與的成員同意支持有關工廠生產及程序自動化的共通技術研究。

PROFIBUS中最早提出的是PROFIBUS FMS（FMS代表Field bus Message Specification），是一個復雜的通信協議，為要求嚴苛的通信任務所設計，適用在車間級通用性通信任務。

後來在1993年提出了架構較簡單，速度也提升許多的PROFIBUS DP（DP代表Decentralized Peripherals）。PROFIBUS FMS是用在PROFIBUS主站之間的非確定性通信。PROFIBUS DP主要是用在PROFIBUS主站和其遠程從站之間的確定性通信，但仍允許主站及主站之間的通信。

Modbus協議目前存在用於串口、乙太網以及其他支持互聯網協議的網路的版本。

大多數Modbus設備通信通過串口EIA-485物理層進行。

對於串列連接，存在兩個變種，它們在數值數據表示不同和協議細節上略有不同。Modbus RTU是一種緊湊的，採用二進製表示數據的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長的表示方式。這兩個變種都使用串列通信（serial communication）方式。RTU格式後續的命令/數據帶有循環冗餘校驗的校驗和，而ASCII格式採用縱向冗餘校驗的校驗和。被配置為RTU變種的節點不會和設置為ASCII變種的節點通信，反之亦然。

對於通過TCP/IP（例如乙太網）的連接，存在多個Modbus/TCP變種，這種方式不需要校驗和計算。

對於所有的這三種通信協議在數據模型和功能調用上都是相同的，只有封裝方式是不同的。

Modbus有一個擴展版本Modbus Plus（Modbus+或者MB+），不過此協議是Modicon專有的，和Modbus不同。它需要一個專門的協處理器來處理類似HDLC的高速令牌旋轉。

它使用1Mbit/s的雙絞線，並且每個節點都有轉換隔離裝置，是一種採用轉換/邊緣觸發而不是電壓/水平觸發的裝置。連接Modbus Plus到計算機需要特別的介面，通常是支持ISA（SA85），PCI或者PCMCIA匯流排的板卡。

HART(Highway Addressable Remote Transcer)，可定址遠程感測器高速通道的開放通信協議，是美國ROSEMOUNT公司於1985年推出的一種用於現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議。

HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信，經過10多年的發展，HART技術在國外已經十分成熟，並已成為全球智能儀表的工業標准。

3. 帶HART協議儀表和不帶HART協議儀表區別

1、性能不同

如果從模擬表系統改造成DCS系統，帶HART協議儀表比不帶HART協議儀表兼容性較好，改造成本低。例如帶HART協議的儀表在儀表校驗或維修時可以實用HART手操器，手操器的作用就是設定量程范圍、清零、設定阻尼值等等。

2、操作難易不同

帶HART協議儀表比不帶HART協議儀表較簡單，對於儀表維修提供方便。例如儀表帶HART協議可以通過手操器來實時顯示或修改儀表參數，有些國產的所謂智能儀表可以通過液晶錶頭來修改參數，但是涉及面窄。

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HART儀表的特點

壓力變送器在工業控制領域應用十分廣泛。而HART協議的應用，使得變送器達到更高的智能，每一個HART儀表的數字信號能提供近30~40項信息，如果想充分利用這些信息，就要將HART儀表建立連續的長期的通信聯系。

如果使用HART儀表只是進行短時間的通信，那麼，其真正的潛能就發揮不出來。HART儀表與這些信息一旦建立了長期的通訊聯系，用戶就可以從中獲益，其主要優勢有以下幾點：

1、便於儀表和控制迴路的調試。HART儀表都能提供儀表本身的信息，這就免去了調試人員到現場去一一確認的煩惱，調試人員從屏幕上就能很方便的了解到儀表的各種信息，包括儀表本身的型號、測量范圍、製造廠商、材料、工位號等信息。

並能夠掌握到儀表在各個工位上安裝是否正確。調試人員在調試控制迴路時，可以讓HART通訊有一個模擬信號輸出，通過這個模擬信號的輸出來觀測控制迴路的動作，確認該迴路工作是否正常，運用此方法啟動報警或安全連鎖系統可以確認系統是否正常工作。

2、在系統運行時，有時不可避免的存在意外停車，為了減少意外停車，可以利用HART通訊運行人員可以對系統做出正確的判斷。HART儀表對輸出的模擬信號能夠進行驗證，通過對某台儀表的輸出的模擬信號與該儀表同一過程的數字信號進行比較來判斷是否出現了問題。

在一些安全連鎖系統中，還可將HART儀表的狀態信息引入，如果儀表出現故障信息，就會觸發安全系統動作，提高了控制系統的安全性。這樣就避免了等到過程發生大的偏差後再報警動作。

4. 在資產管理系統中，如何應用HART解決復雜儀表資產管理

在過程工廠環境中，安裝一套能夠覆蓋現場儀表的資產管理系統需要採用某種類型的智能設備平台。既然大多數現代現場設備除了能夠提供模擬過程變數之外，都支持HART通信能力，那麼企業就可以在做出決策時權衡是選擇傳統的技術還是集成HART I/O技術，將自身提升為儀表資產管理系統。
本文針對最終用戶最為關心的幾個問題，從優化儀表資產全生命周期性能的角度做了探討。對於復雜的資產管理程序，HART信息是否足以應付？支持HART功能的本地I/O埠是否必需？是否有切實可行的方法將其應用於老式I/O埠環境？在原有設備作業狀況依舊良好的情況下，用戶是否願意做較大的硬體改動？
背景假設
越來越多的生產廠商開始使用儀表資產管理系統（Instrument Asset Management Systems ，以下簡稱IAMS）來提高其作業效率，減少維護頻次，提升總體生產率。有效的資產管理策略能夠極大地降低作業成本和生產停機時間。生產廠商很大一部分利潤消耗在維護上，所以這些成本降低能夠為公司帶來顯著的經濟效益。
儀表投運之後就開始面臨老化的問題。流程本身、人機交互和時間都會使過程設備和相關的現場儀表的功能開始下降。為了控制並延緩這種老化，工廠維護人員需要對設備的作業進行監督和定期維修。他們所面臨的挑戰就是一方面要確保安裝的設備能夠正常運行，另一方面又要降低維護作業所需的資源和人力成本。可以使用本地操作員介面界面或者手操器與智能現場儀表設備進行臨時的現場交互，但是真正所需的是一種可以在全廠區范圍內連續與現場儀表進行交互的方法，以獲取預防性維護信息，並適當地進行遠程服務。這就是IAMS的一個基本功能。
了解這種技術
最近幾年，支持數字技術的現場設備和現場儀表在典型的過程工廠中大放異彩。數字設備能夠提供關於作業環境的大量數據。這些數據可以被應用程序用於防止損耗和停機，提高質量和可靠性，並降低維護成本。
數字設備技術獲得發展並開始普及的原因之一就是HART通信協議的廣泛應用，這種通訊協議提供了一種開放式的標准，改善了與智能現場儀表的4-20mA通信。大多數現代DCS解決方案都集成了HART I/O埠模塊，可以與智能設備相連。這種I/O埠本質上是新老技術的混合，因為它一方面支持傳統的4-20mA信號（看起來與老式的非HART I/O埠很類似），另一方面它又可以支持數字編碼的HART信號。
在任何DCS中採用資產管理系統都需要將資產管理軟體與HART I/O埠和設備相連。雖然在所有控制系統中基本的協議都很相似，但這種集成機制通常都是專用的，每一個供應商都可以選擇自認為最好的實施辦法。這其中有很多 「機密技術」，以便更好地利用HART協議所能使用的有限的帶寬。
盡管缺乏一個集成HART I/O埠的開放式標准，自動化最終用戶還是期望在所有的DCS平台上實現一些特定的功能。例如，I/O埠應該能夠使用來自於智能HART部分的儀表量程信息，並自動告知模擬部分應該如何映射4-20mA輸出。此外，諸如工程單位、數字過程變數和報警信息之類的標准HART信息應該能為DCS所用，用於控制目的並且可以被每一台現場儀表所用，無須知道這些現場儀表的細節。HART協議就具有獲得這些信息的通用命令。
智能設備所提供的用於配置、校準、故障排查、維護和診斷的信息在其設備描述（Device Description, 以下簡稱DD）文檔中描述，DD技術經過改進後，包括了有用的圖形和組織結構，改進之後的技術被稱為EDDL，即電子設備描述語言。DD文件是包含對參數和功能描述信息的二進制文件，主機應用程序與設備通信時會使用到這些信息。儀表供應商使用特定的編程工具和令牌解析器來創建編碼DD文件。用來利用DD信息的軟體或者工具通常就被認為是資產管理系統，主要被儀表維護人員所關注。
很多自動化設備供應商現在使用FDT/DTM（現場設備工具/設備類型管理器）技術，有了這種技術，他們就能夠呈現更多有意義的設備信息。DTM是含有特定設備數據、功能和邏輯組件的軟體模塊，從簡單的用於設定設備參數的圖形用戶介面工具，到能夠針對診斷和維護目的執行復雜計算的尖端應用程序，或者為設備校準設置復雜的業務邏輯。DTM也具有類似介面，可以與之相連接的系統或者工具通訊。
設備供應商能夠以一種方法在DTM中嵌入智能性，但這種方法很難在DD文檔中實現，例如一些圖形結構就無法使用DD技術來表達。而且，DTM依賴於特定設備和版本，所以它需要對控制網路上的每一台設備的特定版本有所了解。自動化業界對IAMS表達了強烈的興趣，實際上DTM才是對最終用戶真正有價值的東西。IAMS僅僅是通信的載體，組織信息的一種方法和與技術人員或者操作人員交流的途徑而已。
需要考慮的問題
雖然FDT/DTM技術能夠提供一些很有吸引力的功能，但是用戶應該知道一些注意事項和警告。首先也是最為重要的一點就是實際上DTM必須安裝於每一個客戶端（框架）上。所以，如果最終用戶希望在10個客戶端上使用來自於10個不同供應商的DTM文件包的話，就必須要進行至少100次安裝作業——甚至更多，因為可能有些供應商具有多個DTM文件包，再加上每一個DTM文件包可能具有的多個版本，最終結果就是維護面臨著巨大的挑戰。未來的FDM版本（2.0版）允許DTM安裝在伺服器並應用在客戶端上，但是目前，DTM只能這樣管理。相比之下，大多數系統對DTM只能一笑而過，繼續使用DD。
由於DTM是微軟Windows程序，所以它依賴於Windows版本，對框架（例如DOT NET）、編程工具以及框架版本有一定的要求。工作於一種環境下的DTM可能無法工作於另一種環境，所以用戶在使用的時候必須很小心地查閱DTM供應商提供的說明書，如果有疑問，那麼就先測試。
而且，DTM有時候在一些龐大的獨立框架下的表現與DCS環境不盡相同，例如PactWare。在獨立框架下，設備路徑相對較短，而且沒有帶寬限制，而DCS必須嚴格管理有限的帶寬，特別是對於HART設備。DTM並不知曉自己工作於何種環境之下，所以它不知道如何進行排隊等待作業，結果就是在DCS環境下所表現出來的性能可能很差。設備供應商對這個問題越來越明確，但是最終用戶仍舊需謹慎對待。
最後，有些DTM是很脆弱的，會失效甚至會拖累客戶端一起失效。雖然通常這不會導致災難式的後果，但是也夠令人討厭的了。DD技術雖然算不上完美，但是從這個角度來看，它更加穩妥和便於管理。
最近幾年，DD技術和FDT/DTM技術似有融合態勢，產生了一種用於現場設備集成（FDI）的單一解決方案。為了滿足最終用戶的需求，讓整個工業網路的自動化控制設備更易整合，FDI Cooperation, LLC公司應運而生。很明顯，為了滿足這種需求，需要在智能設備技術供應鏈上的每一個鏈條投入巨大的努力，而其對最終用戶帶來的改變仍尚需觀察。DD文檔和DTM並非背道而馳，向下兼容定能實現，這是個良好的開端。
最終用戶面臨的選擇
那些正在尋求基於HART技術的復雜儀表資產管理解決方案的過程製造商正面臨著一系列的抉擇。例如，如果智能現場設備與不能完全支持HART I/O埠的控制系統相連，那麼這種解決方案是否能夠使用？
大多數情況下，在老式的DCS平台上使用IAMS都必須依靠外部的HART多路轉換器或者mux，將數字HART信息引入IAMS。多路轉換器的作用就是剝離數字HART信息，然後將其提供給IAMS軟體包。多路轉換器硬體模塊將模擬HART信號和數字HART信號通過兩個獨立通訊路徑路由。標准4-20mA信號路由至標准非HART模擬輸入模塊，而數字信號通過多路轉換器硬體，然後通過RS-485網路發送至儀表管理系統。
「IAMS僅僅是通信的載體，組織信息的一種方法和與技術人員或者操作人員交流的途徑而已。」
經驗顯示HART多路轉換器能夠使系統極具靈活性和穩定性，可以在單一網路中操作一台手持HART設備也可以操作成百上千的HART設備。對於老式控制系統來說， mux通常是唯一的選擇，除非工廠願意使用手持式設備或者DCS系統進行升級，而這很有可能是不現實的，因為對於某些作業來說，這種投資並不值得。
目前較為理想的整合方案正如當代DCS技術所採用的，就是使用支持HART的I/O埠模塊，它既支持HART數字設備數據，也支持模擬4-20mA數據。有了這種技術，來自於支持HART的I/O埠的數字設備數據與模擬過程變數數據一起處理，而後者緊密地整合在控制系統環境中。這樣一來就可以使用一些額外的過程變數（例如PV、SV、TV和FV）、量程信息、設備識別信息和設備狀態信息（通用和專有），並將其應用於控制策略當中。
有了支持HART的I/O埠，設備診斷功能就可以整合入DCS報警/事件子系統和資產管理應用中。無需使用獨立的儀表監控系統或者軟體包，儀表報警在配置、故障排查、診斷的軟體包甚至控制系統本身都可以使用，各種報警可以排序，便於維護人員做出響應。
一些自動化供應商已經開發出了強大的設備管理解決方案，既為連接到支持HART I/O埠的HART設備， 又為與硬體多路轉換器、遠程I/O系統和HART數據機相連的HART設備提供通信。這些解決方案為工廠儀表工程師、技師和維護人員提供了優化的工作環境，簡化了作業，支持使用遠程設備進行管理，任何位置的儀表一旦發生故障或者需要診斷，就會自動識別並進行分類。例如，與安全系統HART I/O整合後，這些解決方案就能使用與之相連接的設備提供的實時數據，建立資料庫記錄、分配模板，維護人員可以將一台設備的配置與另一台設備的配置進行對比，或者與同一台設備或者另一台設備的歷史配置進行對比。
「對於老式控制系統來說， mux通常是唯一的選擇，除非工廠願意使用手持式設備或者DCS系統進行升級，而這很有可能是不現實的。」
設備管理解決方案能夠使用一種被稱為「mux監控」的技術，將非集成HART數據引入控制系統。Mux監控允許工程人員對硬體多路轉換器/遠程I/O網路上的HART設備進行監控，並將這些設備上的報警提供給DCS報警和事件系統。這種方法簡化了從老式控制系統向新型DCS平台轉移的過程，現有的現場設備和智能儀表也得以保留。簡化的輸出-輸入能力使得現有資料庫的轉移也更加方便，且並不復雜。
展望未來
全世界的企業都開始著手，利用他們HART智能儀表中的診斷數據。HART現場設備響應含有與設備健康狀況相關的有價值的信息，在信息中包含這些數據能夠使工廠人員在過程測量作業中更加有信心，能夠對任何故障立即做出識別。
不管智能儀表如何持續改進，例如DD和DTM的改進，如果沒有優秀的儀表資產管理系統，那麼智能儀表的價值還是無法體現。從維護的角度來講，支持HART的資產管理解決方案允許在單一位置對整個工廠進行監控，故障診斷可以遠程進行。很多HART儀表提供額外的狀態信息，這些信息可以用於預測性維護以及按需對設備進行更換，從而減少維護和停機次數，系統也更加實用。

5. Your name, my heart.中文什麼意思

你的名字已經烙入我心。

6. RS485和hart有什麼聯系嗎

RS485和HART是2種不同的匯流排網路，可以通過網關轉換。
HART是在4-20毫安電流信號上面疊加數字信號，通信速率較低，應用呈下滑趨勢。
RS485則具有通信速率高、組網靈活，因而成為大多數現場匯流排的物理層。

7. 請說出你對無線網路通信的見解。急！有加分！

近年來，無線網路成為工控領域中迅速發展的熱點之一，也是工業自動化產品未來的新增長點。顯而易見，在配置、安裝、修改和擴展等方面，無線網路的成本都低於有線網路。特別是通過無線網路可以很方便地接入移動設備，例如在物流過程中的裝載和運輸如若採用無線網路，將大大提高工作人員的工作效率和精確性。

實際上，作為一類針對某些特定應用、採用專用通信協議的無線傳輸方案早已投用，也起到良好效果。而當前發展的目標是追求無線傳輸在工控領域的普遍應用或成規模應用必須解決的主要問題，即傳輸的確定性、可互操作性、網路安全和網路投用的適應性等，而決非個別的解決方案。因此，發展的方向首先是通信協議的標准化。對於可用於現場設備層的無線短程網，採用的主流協議是才問世兩三年的IEEE 802.15.4/ZigBee；而對於適應較大傳輸覆蓋面和較大信息傳輸量的無線區域網，採用的主流通信協議則是IEEE 802.11系列。

無線介質不像有線介質那樣處在一種受保護的傳輸環境之下。在傳輸過程中，它常常會衰變、中斷和發生各種各樣的缺陷，諸如頻散，多徑時延，干擾，與頻率有關的衰減、節點休眠、節點隱蔽和與安全有關的問題等等。不過這些影響無線傳輸質量的因素，都可以通過在ISO通信7層模型的各層中採用適當的機制加以克服或減輕。要注意的是，並不是所有的機制都可以與其他的機制相兼容；或者說，有可能對關鍵性能和屬性產生負面影響。因此，通信系統必須根據其具體的應用現實環境，對各層所採用的機制進行組合優化，以求得最好的綜合通信性能。

在解決了可靠、保密、克服干擾等問題後，又開發了支持這些無線通信協議的物理層和MAC層的收發器晶元，成本也進一步下降。加之近些年來要求設備（包括移動設備）的無線連接的呼聲日趨強烈，這也使得無線系統的增長呈指數增長，預示無線通信也實質性地進入工業控制領域。

現場層的無線通信

無線通信迅速進入工控領域的現場設備層，以下是近年來若干有象徵意義的行動和產品，其中一個突破口是現場匯流排和無線通信技術的結合。

（1）2004年Honeywell推出基於ZigBee無線傳輸協議的無線變送器XYR 5000系列，可精確檢測表壓力、絕對壓力、溫度，還有專為能提供4-20mA介面的各種感測器轉為無線輸出。

（2）OMRON推出無線連接DeviceNet現場匯流排主站WD30-ME和從站WD30-SE，最多可支持DI/DO各1600點的通信。已成功應用於豐田汽車裝配線的控制系統中。

（3）德國schild knecht公司推出的無線Profibus-DP產品DE 3000系列，可在主站與多個從站之間建立無線鏈接。其使用的載頻為2.4GHz，數據包 187.5KB，無線通信協議分別是：IEEE 802.11b(數據傳輸率11Mbit)，IEEE 802.11(數據傳輸率1Mbit)，IEEE 802.15.1(數據傳輸率700Kbit)。

（4）美國ISA學會成立《SP100 用於自動化的無線系統標准》委員會，主要面向現場儀表和設備，著重在三方面制定標准：運用無線技術的環境， 無線通信設備和系統技術的生命周期， 無線技術的應用。據悉將在2006年一季度發表文本草案。

（5）HART通信基金會投資開發新的技術能力和工具，無線HART已成為開發重點，正在制定的新技術規范，要求HART無線通信技術保證支持產品的互操作性，與有線HART儀表的無縫連接，提升HART智能儀表的智能和可連接性。預計在2006年初完成規范草案，並與工業無線組織如ZigBee聯盟、SP 100無線委員會協調合作，以確保工作的連續性和均衡性。鑒於HART智能變送器是目前變送器應用的主流（占壓力、差壓和溫度變送器銷售的96%），且用戶都對HART變送器抱有強烈信心，因此無線HART協議無疑具有極好的技術前景和商業前景。

順便指出，低功耗、高可靠性的工業級的無線變送器系列，其降低能耗的潛在能力已為美國政府能源部所看好。他們希望利用無線網路技術廣泛而實時地跟蹤和監測生產過程，主要針對鋼鐵、電解鋁等6個耗能大的行業，減少甚至杜絕跑冒滴漏，以獲得顯著的節能效果（能耗降低15%）。為此，2004年美國能源部投資一千萬美元與Honeywell公司簽訂一項合同，繼續深入開發XYR 5000系列產品。

為了在過程式控制制的環境下評估使用無線通信的可行性（包括通信的確定性，延長電池供電壽命的技術措施，采樣時間，網路的節點數量與拓撲等），ABB利用美國Ember公司和挪威Chipcon公司的無線技術，在瑞典的Boliden加工廠等多個裝置中進行了開環控制和閉環控制的試驗。對於開環控制試驗，要求是通過無線傳輸非過程關鍵數據，短數據包，低平均數據率，低功耗；具體應用范圍有：設備管理、狀態檢測、預防性維護和服務應用。結果證明ZigBee完全滿足要求。閉環系統應用的要求是：通過無線通信傳輸過程關鍵數據，短數據包，低平均數據率，低功耗，短遲延，數據包傳送有保證；應用范圍：製造自動化，過程式控制制。試驗證明：

（1）對於實時數據，當節點較少時，通過網狀拓撲進行5次接力（hop），運行結果很好，在延遲、穩定性和功耗等方面均符合要求。

（2）節點密度對數據包的傳輸存在較大影響.節點在50個以內，數據包時間間隔在30s以上丟包率1%以下。這表明如何讓節點密度、數據包間隔時間滿足應用的要求，對ZigBee無線傳輸成功應用於現場層設備是一個巨大挑戰。需要進一步研究開發的問題有：在多跳網路中保證合理的延遲，穩健的控制演算法（如為減少功耗，讓節點保持同步休眠的網路同步演算法）。

在現場層無線網路中，同樣屬於無線短程網的IEC 802.15.4/ZigBee要比IEC 802.15.1/藍牙更具廣泛的應用前景。這主要是基於以下三個原因：ZigBee的應用開發門檻遠低於藍牙，其最復雜的網路協調器節點的軟體開發工作量僅為藍牙節點開發的10%，其最簡單的RFD節點的軟體開發工作量僅為藍牙的2%；ZigBee的功耗遠低於藍牙，這是因為就發射的頻寬比來講，ZigBee為0.01，藍牙為0.99，即ZigBee的發射時間只佔其周期的1%，而藍牙卻佔99%；ZigBee的網路節點容量遠多於藍牙。

目前能夠提供的收發器並可裝載IEEE 802.15.4/ZigBee協議的晶元的主要有：美國的Freescale（MC13192，MC13193）、Ember（EM2420，EM250內含16位微控制器內核），挪威的Chipcon（CC2420、CC2430內含8位51系列微控制器內核）等。

綜上所述，我們可以描繪這樣一個無線傳輸在現場設備層開發應用的全景，即從協議到晶元、從晶元到開發系統、從開發系統到樣機或產品開發、從樣機到無線傳輸系統、再從無線傳輸系統到工業應用試驗，一切都在積極有序地推進著。

用於工業控制領域的無線區域網WLAN

一如以往所有的IT技術移植到工控應用中來所採取的方法一樣，用於工業控制領域的無線區域網的基礎是IT行業的無線區域網標准。但必須在此基礎上充分考慮在工控應用中的特別要求，開發滿足這些要求的技術、規范和行規。

WLAN標准IEEE 802.11系列還在發展中，已完成的有：

除此而外，還有涉及安全的：802.11i 安全擴展；涉及性能增強的：802.11e MAC層的QoS擴展，802.11r快速漫遊，802.11n 極高吞吐能力方式，802.11s 網狀聯網； 涉及投用和管理的： 802.11k 射頻資源管理，802.11t 無線性能預測，802.11v 無線網路管理。

考慮到無線區域網在工業企業中的安全性和適用性問題，製造業的企業一度暫時放緩了建立無線區域網的步伐。2004年10月美國IDG公司的市場調研人員發現，在美國流程工業中53%的企業、離散型製造業中39%的企業程度不等地應用了無線區域網技術。在這些應用中很多是集中於物流的倉儲、運輸和裝卸。估計在安全性問題很好解決後，在製造業領域中無線區域網的應用將會迎來一個高潮。

工業WLAN比一般企業辦公和家庭應用環境用的WLAN要求要高許多，可歸納如下：

（1）嚴格的延遲要求：用於現場設備要求延遲不大於10ms，用於運動控制不大於1ms，對於周期性的控制通信，使延遲時間的波動減至最小也是很重要的指標。

（2）確定性性能的保證：保證確定性是對任務執行有嚴格保證的工業通信系統必備的特性。即使設備處於漫遊狀態也有此要求，否則會喪失實時性能。

（3）支持大量設備掛網，並容許掛網設備的接入數量可隨機變化：工業WLAN的接入點約為數百個的數量級。若節點過多和接入的節點數有變化，有可能導致IEEE 802.11的MAC協議層效率太低。

（4）網路安全的保證：滿足安全保密法規是工業WLAN的基本要求。包括防止黑客用戶的侵入及對這些接入點的檢測等。

（5）網路投用的保證：由於運行故障是不可接受的，因此對於有幾百個設備節點的WLAN來講，要求網路具有自投用功能，並能執行無線配置和輔助節點位置的自動搜索。

IEEE 802.11在技術上並不能提供確定性的保證，但在802.11e 中給出了在MAC層支持多傳輸介質應用及保證通信質量QoS的擴展。一方面解決了在MAC層的優先順序服務，另方面又通過輪詢規約（polling protocol）實現多介質的通信調度。由於輪詢在本質上具有確定性，因而可以避免由802.11的信道爭用和指數補償而造成的延遲。為了防止輪詢可能帶來的不良問題（如在需要發送的數據尚未形成之前輪詢信號已到，那麼該數據的發送則不得不再等待一個輪詢周期），需要通過自適應輪詢演算法保證現場設備同步。

由此可見，雖然工業WLAN的市場容量相對較小，但性能要求卻很高。工業WLAN的產品應靈活地通過軟體模塊實現802.11的分標准。如Siemens已問世的產品SCALANCE-W，就可提供工業QoS和快速漫遊的解決方案。

無線信息傳輸主幹網

由於ZigBee是短程網，不可能覆蓋整個廠區，加之原有的現場匯流排也很有效，所以設計了一種無線信息主幹網系統。通過建立發射功率較大的無線信息主幹網（WIB，Wireless Information Backbones），可將ZigBee感測器的信息傳輸給各種掛在乙太網、現場匯流排上的物理設備。

WIB的節點一方面是無線網路上的一個節點，另一方面又起著無線通信協議和其他有線通信協議的轉換作用。實踐證明，採用1W的發射功率，WIB就可穿透多數的工廠和成套設備。這樣，ZigBee因其發射功率小、易受鋼結構所衰減、傳輸距離短等固有問題，完全可以通過WIB予以解決.而其低功耗、低成本、傳輸可靠性高、簡便實用等優越性又可以充分被利用。

採取這樣的技術路線，不但可將無線通信應用於有線通信布線困難的場合，還可在一定程度上替代有線通信，以期在節省安裝成本和運行成本方面收到可觀效果，還可提高檢測系統和控制系統配置的靈活性。

概述性的結論

（1）無線傳輸進入工業控制領域的趨勢無可置疑。有人估計再過四五年，即2010年前，大多數儀表和自動化產品都將嵌入無線傳輸的功能。由於無線現場儀表的優點一定要體現在用電池長期供電上，所以一般來說無線傳輸不適用於高速控制的場合。但是實踐證明對大多數監控和慢速控制場合，它足夠可靠；也就是說可以用在將近80%的自動化和過程式控制制場合。

（2）無線技術首先會用在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設備監控SCADA系統、設備資產管理、診斷維護等。當前較適宜應用的行業可能有：物流過程（裝運狀態監控）、汽車製造、食品加工、制葯和流程行業（設備資產跟蹤、監控、管理）等。

（3）用於工業控制的無線技術主要集中在無線區域網和無線短程網兩個方向。它們都具有相當牢固和成熟的技術基礎，但為了適應工業控制要求和環境，還需要專門的開發研究。

（4）現有現場匯流排的無線傳輸的可行性正在評估。基於CAN的DeviceNet實現無線通信的確定性相對要容易，因為其數據包長度相當小。現已有產品問世，但尚未見正式規范。因此只能認為這僅僅是個別的解決方案。相對而言，Profibus-DP的數據包長度相當長（187KB），若要實現無線通信，只能通過IEEE 802.11(其帶寬為1Mb/s)、IEEE 802.11b（其帶寬為11Mb/s）或 IEEE 802.15.1（其帶寬為1～3Mb/s）而不能採用IEEE 802.15.4（其帶寬僅為20～250Kb/s），因而要保證傳輸的確定性確有其難度。

（5）HART基金會已成立無線HART工作組，要求2006年初拿出規范草案，確定通過ZigBee實現HART的可行性。鑒於採用HART協議傳輸的儀表市場佔有率高，絕對數量巨大，此動向極為吸引業界關注。

（6）適應各種不同應用類型和要求的無線通信的標准，有的已經頒布並被市場接受，有的還在制訂過程中，其發展和市場開發值得我們重視。

（7）應該把無線通信看成是現有有線通信系統的一種發展和重要補充，決非一種替代。

8. DCS評定標准，怎麼知道DCS系統的好壞，有哪些評定標准

沒有對應的標准，看你實際需要了，就好像買一台電腦，你要提要求，別人就給你什麼樣的配置。都有自己的規格書啊，不符合功能要求的廠家，直接不要唄，總共也沒多少生產廠家。

賣方為本項目提供的DCS應採用近幾年發展和改進的新技術、新設備的過程式控制制和工廠管理系統，並且經過實際應用的系統，便於擴展，能滿足石油化工裝置大規模生產的過程式控制制、檢測、優化與管理的需要。
本項目為易燃易爆、連續生產運行的大型化石油化工項目，應配置可靠的、先進的設備。賣方提供的DCS應充分滿足石油化工企業對安全的需要。
賣方為本項目提供的DCS的設備型號和版本應有在國內外同類或相似規模的項目，使用同樣系統，連續、成功運行一年以上的應用經驗。報價技術文件中應列出用戶名單、工程項目名稱和基本配置情況。
DCS製造廠應具有ISO9001質量體系認證。
DCS系統的所有設備應是通過CE認證的。
2.2 過程式控制制和檢測
2.2.1 控制功能
DCS的控制站應能滿足大型石油化工裝置過程式控制制的功能及速度要求，應具備連續過程式控制制、批量控制和順序控制的功能。
控制器應具備快速控制能力，從I/O輸入經過PID控制運算，到AO輸出的累積時間應在0.2秒以內。
報價技術文件中應對控制站的控制容量、控制時間、數據處理方式進行說明。
DCS應具備PID參數自整定功能，報價技術文件應對系統的PID參數自整定功能的方式和軟體進行說明。
控制站或應用伺服器應當具有運行控制應用軟體及高級編輯語言的功能，作為模塊插入運行的用戶軟體或第三方軟體的規模應不小於2×64K，運行容量應不大於控制站總容量的20%。
控制站的微處理機應為32位或以上。
2.2.2 數據採集功能
數據採集功能是將過程變數及狀態存入系統。
控制站應能滿足所有過程變數檢測的需要。
系統應有數據存儲的功能，可將各種工藝變數及參數、檢測信號、操作過程、報警事件等數據按需要存入硬碟，並可隨意調用。
2.2.3 過程I/O介面
I/O介面除常用的類型外還應配備下列幾類（包括相應的軟體）：
遠程I/O介面；
智能變送器介面（HART通信協議）；
標准串列通信介面（如：RS-485）；
各類卡件應有0.1%精度的產品；
I/O卡應具備識別現場接線斷路或短路並發出報警的功能。
輸出信號卡在設備故障時應能保持輸出不變或達到預先設置的安全輸出值。
用於熱電偶溫度檢測的I/O卡應具備冷端溫度補償的功能。
報價技術文件應對過程I/O介面的技術規格進行詳細說明。
2.2.4 冗餘
控制站和檢測站的控制器、電源單元、通信單元等功能卡必須1:1冗餘配置。控制用的多通道I/O卡必須1:1冗餘配置。
2.3 操作環境與人機介面
2.3.1 操作站
操作站是操作人員監視、控制生產過程、維護設備和處理事故的人機介面。其硬體和軟體應具有高可靠性和容錯性，軟體應有從錯誤中迅速恢復的功能。
2.3.2 操作站的主機
操作站的主機應是工作站或高性能工業用計算機，其操作系統應是通用的、適用於工業化的、可靠的操作系統。
操作站的硬體規格應為32位匯流排，32位或以上CPU，SCSI外設控制器。操作站應帶有硬碟驅動器，並能配置成冗餘型，使主機能夠單獨自啟動。操作站應能配置光碟驅動器、活動硬碟等高密度外部數據存儲設備。操作站可配觸摸式操作員鍵盤。
操作站所有的外設及介面應是通用的，硬碟驅動器、光碟驅動器、顯示器、通用鍵盤、滑鼠或球標、列印機等應當是商業化可互換的。
2.3.3 操作站的軟體
操作站的軟體操作環境應能適應大型石油化工裝置過程式控制制的操作需要，可以根據操作者的許可權訪問和調用工藝流程圖、過程參數、數據記錄、報警處理以及各種可用數據，並能有效地調整控制迴路的輸出和設定參數。
對網路上的數據資源，必須能分成不同的操作區域或數據集合，可以根據需要進行監視、控制等不同操作。
操作站必須具備不同級別和不同操作區域或數據集合的操作許可權。操作級別和許可權用密碼或鑰匙的方式限定。操作員密碼和操作許可權應能由系統管理員設定和修改。
報價技術文件應對操作站的功能進行詳細說明。
報價技術文件應對操作事件記錄的功能和追溯方法進行詳細說明。
2.3.4 操作站的組態
操作站可以運行組態軟體或用作工程師站的組態終端，並配有通用鍵盤，使其具備工程師組態環境，並可對網路上的設備進行運行狀態診斷和數據維護。
2.3.5 數據處理能力
操作站的數據存放格式應是通用的，其資料庫及資料庫管理系統應是標準的、商品化的，應能被網路上的其他有許可權的工作站、PC機調用。
系統應當滿足所有數據的記錄需要，可由用戶任意選定記錄的參數、采樣時間和記錄長度，並可對記錄的數據進行編排處理和隨時調用。硬碟上的永久記錄應能轉存到磁帶機或其他存儲設備上。
報價技術文件應對其他工作站、PC機對網路上的過程式控制制數據的調用方式、方法（如DDE、OPC、RDI等）進行說明，並列出軟體清單。
2.3.6 過程報警和系統報警
操作站應具有完善的報警功能，對過程變數報警和系統故障報警應有明顯區別。應能對過程變數報警任意分級、分區、分組，應能自動記錄和列印報警信息，區別第一事故報警，記錄報警順序，時間分辯率應精確到0.1秒。
報價技術文件應對過程報警和系統報警的功能進行說明。
2.4 系統管理及工程實施
系統管理的內容有系統常駐數據的管理、系統各設備的在線診斷、系統軟體數據的維護、系統組態及修改、圖形管理，此外還有用戶應用程序，生產過程式控制制數據的進一步處理，文件服務等。系統應支持離線組態和調試。
工程實施主要是系統及設備的組態、生成、修改、測試、下載，建立組態資料庫等。
系統管理及工程實施應在工程師站進行。需要時也可在操作站進行。
2.5 系統的可靠性和可用性
2.5.1 系統的可靠性
報價技術文件中應提供所有設備的可靠性數據，及最小的平均無故障時間(MTBF)和平均故障修復時間(MTTR)，說明計算的依據，提供可靠性分析說明及有關數據。
2.5.2 系統的可用性
系統的可用性應≥99.99%。
系統的各種插卡應能在線插拔、更換。
冗餘設備必須能在線自診斷，出錯報警，無差錯切換。
系統必須具有完善的硬體、軟體故障診斷及自診斷功能，自動記錄故障報警並能提示維護人員進行維護。
報價技術文件應對系統各部分的故障限制功能進行說明。
2.6 通信網路
通信網路分為過程式控制制網和工廠管理網。
2.6.1 網路特性
報價技術文件所推薦的DCS的局域控制通信網路應符合ISO/IEEE的通信標准。通信速度不低於10Mb/s，最小通信間距大於1.5km，網路設備間通信應是對等方式。網路設備應具有在線上網和下網的功能，可以在線加入或摘除網路設備而不影響其他正常工作的設備的運行。
2.6.2 網路連接
通信網路應能與工廠管理網相連，與工廠網的通信帶寬不宜低於1Gb/s。一般工廠管理網採用乙太網 (Ethernet)，常用的通信方式為TCP/IP。系統應具備聯接工廠管理網的功能。在報價技術文件中提出與DCS生產過程式控制制網相配合的工廠管理網的連接方案。
2.7 高級控制及生產管理
系統應滿足集成化生產的需要，應能根據用戶的需要連接通用工作站或高性能PC機，以運行高級控制和優化控制軟體。
系統應能與工廠管理網上的設備進行數據交換。
報價技術文件中應列出推薦的軟、硬體及賣方清單，介紹應用功能。
2.8 儀表設備管理系統
儀表設備管理系統應包括：儀表設備組態、狀態監測及診斷、校驗管理和自動文檔記錄管理等功能。
設備管理系統的基本規格包括以下幾部分：
2.8.1 數據讀取
設備管理系統應能自動讀取系統連接的所有HART設備中的有效數據（包括生產廠商、設備型號、產品編號、名稱、系列號、軟體版本、地址、儀表位號、儀表規格等）。自動完成系統的數據存儲和管理，自動顯示系統及設備的連接狀態和診斷信息。HART信號採集應在DCS I/O介面或端子上實現。
2.8.2 設備組態
設備管理系統應完全兼容標准HART設備的通信和數據交換，採用簡便易行的標准化組態方式。使用標准化的資料庫和文件方式，並可採用標准化的設備描述文件，增加當前資料庫外的或新品種的標准HART設備。報價技術文件中應提供該系統確定能存取的HART設備清單。
2.8.3 設備診斷
設備管理系統對連接的設備應具有完善的診斷功能，對設定的重要數據應具有異常狀態報警功能。應能識別信號線路的短路和斷路，並報警。應能實現自動定時、定期診斷檢查和人為隨時診斷檢查。
2.8.4 軟體基礎
設備管理系統應能在PC機上運行，能在Windows XP及Windows 2003操作系統下運行。應帶有SQL Server 2000或Oracle資料庫軟體。
2.8.5 模板方式
設備管理系統應能採用模板方式建立或傳送儀表組態顯示數據，可自動對應不同類型智能設備，完整地顯示儀表數據和診斷狀態。
2.8.6 用戶管理
設備管理系統應具有用戶管理功能，可以設置不同許可權的用戶和密碼，保證操作管理的安全。HART設備中的有效數據可以在DCS 系統上引用。對現場出現故障的HART 設備，能在操作畫面上顯示，並且可生成對應的故障報表。
2.8.7 非智能設備管理
對非智能設備，可採用人工輸入的方式建立儀表管理檔案。
2.8.8 預測維護管理
設備管理系統應具有預測維護管理的功能。根據儀表運行時間和診斷信息，預測維護的時間，內容和計劃等。
設備管理軟體應有國內、外用戶的應用經歷。
2.9 可燃氣體及有毒氣體檢測報警系統
若可燃氣體、有毒氣體報警器信號引入DCS，應分別接到各個現場機櫃室內獨立的DCS卡件中，在DCS系統操作站上或信號報警盤上顯示報警

9. DP通訊協議和HART通訊協議有什麼區別

兩種不同的匯流排通信協議，HART協議是跑在4-20mA電流信號上的，DP是profibus-DP協議，西門子的產品絕大部分都是使用profibus-DP協議通信，如果西門子的PLC要連接帶HART協議的壓力變送器等儀表的時候，通信協議不同，就要在兩者中間加一個轉換模塊，把兩者連結通信，上海泗博的HPM-610就可以實現HART轉換profibus，同時還有HART轉modbus485/232的產品。