一文读懂 HART 协议

在工业自动化领域，有一种通信协议虽然“低调”，却在全球工业现场默默服役了几十年，它就是 HART 协议。

HART（Highway Addressable Remote Transducer），中文通常称为可寻址远程传感器高速通道通信协议，由美国 ROSEMOUNT 公司于 1985 年推出，是一种用于现场智能仪表与控制室设备之间通信的开放协议。直到今天，它仍然是全球工业智能仪表的重要标准之一。

从 4～20mA 说起：工业控制的“黄金信号”

上世纪 70 年代中期，工业过程控制仪表逐步统一为两线制 4～20mA 模拟信号。 这种方式结构简单、抗干扰能力强，极大推动了工业自动化系统的发展，并一直沿用至今。

但问题也逐渐显现：

• 一根两芯电缆 只能单向传输一个参数
• 只能传输模拟量，无法携带更多设备信息

智能仪表出现，信息需求爆发

进入 80 年代，随着微电子技术和微处理器的发展，智能变送器、控制器和 DCS 系统迅速普及。

这时，现场设备和控制室之间需要传输的信息已经不再局限于一个测量值，还包括：

• 多个过程变量
• 设备组态参数
• 校准信息
• 故障诊断数据

传统 4～20mA 模拟回路，已经明显“力不从心”。

HART 协议的诞生：模拟与数字的完美结合

在完全替换模拟系统条件尚不成熟的背景下，HART 协议应运而生。

它的最大特点是：在保留 4～20mA 模拟信号的同时，引入数字通信能力

HART 协议采用基于 Bell 202 标准的 FSK（频移键控）调制方式， 在原有的 4～20mA 模拟信号上，叠加幅度仅为 0.5mA 的数字信号，实现双向通信。

关键优势在于：

• 数字信号的平均值为 0
• 不会影响原有模拟测量值
• 完全兼容现有系统，无需大规模改造

其数据传输速率为 1.2 kbps，虽然不高，但足以满足设备管理和维护需求。

各司其职：模拟测量 + 数字管理

在 HART 系统中，信息分工非常明确：

• 主要过程变量与控制信号：通过 4～20mA 模拟信号传输
• 设备参数、组态、校准、诊断信息：通过 HART 数字通信获取

这使得工程师在不中断生产的情况下，就能完成设备维护和管理。

半双工通信 + 命令机制

HART 采用的是半双工通信方式，按命令进行工作，并定义了三类命令体系：

1. 通用命令：所有 HART 设备必须支持
2. 一般行为命令：大多数现场设备支持的常用功能
3. 特殊设备命令：针对特定设备的专用功能

在实际设备中，这三类命令往往是同时存在的。

DDL 描述语言：真正的“即插即用”

HART 还引入了统一的 设备描述语言（DDL）。 设备厂商只需用 DDL 描述自身设备特性，由 HART 基金会统一登记管理。

这样一来：

• 主站无需为不同设备开发专用接口
• 系统即可“自动识别”和理解设备功能

这在当时大大降低了系统集成的复杂度。

为什么 HART 能长期流行？

总结来看，HART 协议具备多项关键优势：

• ✔ 兼容 4～20mA 传统系统
• ✔ 支持数字双向通信
• ✔ 可总线供电，满足本安防爆要求
• ✔ 支持双主站（手操器 + 管理系统）
• ✔ 技术成熟、生态完善

虽然带宽不高、响应速度有限，但在“模拟向数字过渡”的历史阶段，HART 几乎是最理想的解决方案。

结语：低调却不可或缺的工业经典

经过 30 多年的发展，HART 技术已经非常成熟， 并成为全球智能仪表领域的重要工业标准。

在现场总线和工业以太网不断发展的今天，

HART 依然活跃在无数工业现场，

默默支撑着工业自动化系统的稳定运行。

如果你从事仪表、自动化或过程控制领域，HART，一定是绕不开的经典协议之一。