Hart 5 和 Hart 7 協議簡介

1、定義和核心原則

  哈特協議 可以概括為「類比+數字」雙通道規範：4-20 mA 通道承載主變量，FSK 通道承載指令和輔助資料。物理層採用 Bell 202 標準，波特率為 1200 bit/s。主站發送請求幀，從站發送回應幀。幀格式包括前導碼、定界碼、位址、命令、資料和校驗和，確保在電磁幹擾嚴重的工廠區域內約 1 公里的可靠通訊。由於電流環路本身俱有低阻抗和高抗噪性，Hart 可以直接在防爆環境中使用本質安全柵，無需額外隔離，大大簡化了佈線。協定棧僅在資料鏈路層和應用層定義。如果上層系統需要高速批量數據，仍需要透過網關或 PLC 進行轉換。這種「輕量級」定位使其在舊 DCS 改造專案中幾乎可以實現低成本部署。

2、主要特色及應用場景

HART最大的特點是“向下相容”，任何支援HART的儀器都可以直接替換傳統的兩線制儀表，無需更換電纜和電源。在早期，其指令集僅包含讀取主變數、讀取電流和寫入量程等八個基本命令，但足以滿足遠端校準和故障識別的需求，並廣泛應用於石油天然氣、煉油、電力和造紙等連續製程工業。由於資料吞吐量有限，HART通常用於「點對點」維護場景：技術人員攜帶手持終端接入附近電路，完成檢查、校準和記錄後離開現場，導致通訊中斷。這種模式在千點級設備中性價比最高，這也是HART至今仍維持約60%市佔率的原因。

二、HART 7協定基礎簡介

HART 7 是 HART 通訊基金會於 2007 年發布的第七版規範，內部代號為「HART 7.0」。其核心目標是「在保持 4-20 mA 相容性的同時，為現場儀表提供工業乙太網路層級的豐富資訊」。為了實現這一目標，HART 7 重新定義了實體層之上的資料鏈結層和應用層，引入了突發模式、時間同步、事件通知和海量資料區塊傳輸等機制，使得單一儀表能夠向外部廣播多個製程變數、診斷狀態和時間戳，從而為後續的高階分析、預測性維護和數位孿生提供原生支援。此版本已納入 IEC 61158-2-2010 標準，成為國際公認的開放標準。

1、定義和發展背景

HART 7 的提出源自於流程產業對「更高解析度、更低延遲和更多變數」的迫切需求。傳統的 HART 輪詢週期約為 500 毫秒，僅適用於讀取單點數據；而現代工廠需要同時監測溫度、壓力、流量、密度、閥門位置和執行器狀態等多維信息，並要求毫秒刷新。 HART 7 採用「突發+時分複用」技術，將有效載荷從每幀 16 位元組提升至 256 位元組。單一訊息最多可承載 128 個變量，同時保持 1200 位元/秒的物理層速率，從而平衡了舊電纜的頻寬限制與上層應用的需求。此外，基金會還發布了 DDL（設備描述語言）7.0，使主機軟體無需升級驅動程式即可自動識別新變量，降低了儀器製造商的適配門檻。

2.主要改進和優勢

Hart 7 的核心改進可概括為「四大新增」：新增突發模式、新增變數類型、新增時間同步機制和新增安全模型。新增的突發模式支援從站主動推送，主站最多可訂閱 8 個邏輯通道，實現「一次請求，多資料」反向廣播；新增的變數類型增加了浮點數組、字串和結構體，可一次返回完整的閥門特徵曲線；新增的時間同步機制採用 UTC 相對秒，分辨率為 1 ms，便於多台校準模型簽名，降低了誤操作風險。憑藉這些改進，Hart 7 已迅速在智慧遠端傳輸、多變量渦街、聲波氣體超音波等高端儀器中廣泛應用，成為「智慧現場」的標準通訊核心。