Hart-IP协议

概要

为了满足体量增长快速的工业数据传输，最大限度的提高工业通信的速度和通信可靠性，通过成熟的以太网技术来访问工业现场数据数据，现场通信组织FCG（FieldCommGroup，即前HART通信基金会）的HART协议规范增添了新的功能HART-IP。Hart-IP基于现有的TCP/IP协议栈，为访问一些智能设备和过程信息提供了新的选项。

Hart-IP技术能够使：

• 满足标准化厂房部署；
• 从世界的任何角落远程访问设备层；
• 通过以太网或者WiFi管理智能设备；
• 更加容易集成入自动化系统。

Hart-IP是一个额外的连接选项，设备主机系统和资产管理应用程序使用工厂现有的网络基础设施，访问和收集来自现场设备的测量和诊断信息。

通过下图可以看出，Hart-IP能将有线和无线设备采集到的信息提供给更高级别的应用程序（SCADA，DCS，ERP和其他系统）。

Hart-IP的诞生是为了适应全球互联网技术的发展，让Hart协议运行在IP网络层上，以以太网的速度在适用Hart协议的设备上传输变量信息。这就意味着如今在各个工厂广泛使用的以太网基础设施可以被用于Hart协议的实现，不需要再额外搭建专用的接口和线缆。

Hart-IP使用简单、可靠、易用的HART协议搭建在IP协议基础之上，包括以太网、WiFi，传输层使用UDP或是TCP，可用于IPv4和IPv6。Hart-IP的应用层使用的技术要求同4-20mA的HART协议和WirelessHART技术，能够让产品快速得到推广，被用户所接受。相比RS485协议，它的过程数据和IT数据可以在一个共同的媒介上传播，不会和已经存在于TCP/IP信道上的通信相互干扰。拥有很大的地址空间，几乎可以容纳无限制的参与对象，满足可能的扩展网络。

协议剖析

图 （部分）Wireshark协议解析源代码

图 Wireshark协议解析结果

从Wireshark的源代码和解析结果中我们发现了一些协议的规律，基本确认了Hart-IP同HART协议的区别。以下就对Hart-IP增添的部分进行一个总结。

Hart-IP协议的报文头共有8个字节，分别为6个字段：Version, Message Type, MessageID, Status, Sequence Number和Message Length。

Version：协议的版本号，为0x01，这里不影响协议command的检测。

Message Type：消息类型可以是REQUEST_MSG_TYPE， RESPONSE_MSG_TYPE，PUBLISH_MSG_TYPE，ERROR_MSG_TYPE， NAK_MSG_TYPE，共五种。

Message ID：消息的功能共有四种，分别是Session initiate, Sessionclose, Keep alive, Pass through。这个字段对于检测command有至关重要的作用，当消息功能为Session close,和Keep alive时，应用层内容只有Header，而Body内容为空；当功能为Session initiate时，Body会包括1个字节的主机类型和4个字节的时钟信息，指出该段对话的失效时间；当功能为Passthrough时，Body部分就会是HART协议的内容，大多数情况下，这种报文的出现频率是最高的。

Status：通常情况下这个值为0x00。

Sequence Number：消息的序列号。

Message Length：该条Hart-IP报文应用层的总长，包括了Header部分和Body部分。由于Hart协议数据部分的长度是不固定的，所以可以根据长度字段判断出数据部分的长度。