HART（Highway Addressable Remote Transducer）通信技术是一种在工业自动化领域广泛应用的数字通信协议，它通过在现有4-20mA模拟信号基础上叠加频率键控（FSK）数字信号，实现了模拟与数字信号的兼容传输，为工业过程控制提供了高效、可靠的通信解决方案，自1980年代由Rosemount公司推出以来，HART技术已成为全球工业现场设备通信的重要标准之一，尤其在过程控制领域,其应用深度和广度持续扩展。
HART通信技术的核心在于其独特的信号调制方式，在4-20mA模拟信号回路中，HART通过在1.2kHz和2.2kHz两个频率上分别代表逻辑“1”和逻辑“0”，实现了数字信号的叠加传输，这种频移键控（FSK）技术确保了数字信号不会干扰模拟信号的传输，从而使得HART设备既可以通过模拟信号控制过程变量，又可以通过数字信号进行设备配置、状态监控和诊断，HART协议采用主从式通信结构，通常一台主设备（如控制系统或手持终端）可以与多台从设备（如变送器、执行器）进行通信，通信速率为1200bps，每秒可传输2-4个有效数据帧。
在技术实现层面，HART通信协议遵循ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层三层结构，物理层定义了信号调制方式、电气接口和传输介质，支持两线制和四线制连接方式；数据链路层负责帧结构、错误校验和通信调度，采用独特的“字节内同步”技术确保通信的可靠性；应用层则规定了设备命令、设备描述语言（DDL）和设备配置功能，支持标准命令和设备特定命令两大类命令集，标准命令包括读取变量、设置量程、自诊断等功能，而设备特定命令则由设备制造商自定义,以实现特殊功能。
HART通信技术在工业现场的应用场景极为丰富，在流程工业中，压力、温度、流量等变送器普遍采用HART协议，通过叠加的数字信号实现设备参数的远程配置和标定，无需人工到现场操作，大幅降低了维护成本，在石油化工行业，HART智能变送器可以实时监测设备健康状况，通过诊断功能提前预警潜在故障，避免非计划停机，在制造业中，HART技术常用于执行器控制，如调节阀的远程开度调整和特性曲线设置，提高了控制系统的灵活性和精度，HART网桥和HART调制解调器的应用，使得传统4-20mA设备能够无缝接入数字控制系统,实现了老设备的智能化升级。
从系统架构角度看，HART通信网络可分为点对点模式和多点模式两种基本形式，点对点模式是最常见的应用方式，一台主设备与一台从设备通过一对双绞线连接，模拟信号用于过程控制，数字信号用于设备管理；多点模式则允许多台从设备共享同一条通信线路，通过地址区分不同设备，适用于需要集中监控多个分散节点的场景，近年来，无线HART技术的出现进一步拓展了HART的应用边界，通过基于IEEE 802.15.4标准的无线通信协议，实现了HART设备在难以布线环境下的应用，如油井、矿山等场所。
HART通信技术的优势在于其兼容性和可靠性，由于HART信号基于现有4-20mA模拟回路，用户无需更换大量现有设备即可逐步升级到数字化系统，保护了投资成本，HART协议采用多种错误检测机制，如CRC校验、帧超时检测等，确保了在工业电磁干扰环境下的通信稳定性，HART设备的互操作性通过设备描述（DD）文件实现，不同厂商的设备遵循统一标准，能够协同工作，避免了“厂商锁定”问题。
HART技术也面临一些局限性，其通信速率较低，1200bps的速率无法满足高速数据采集的需求；数字信号与模拟信号共享同一对导线，在高精度控制场景下可能存在信号干扰问题；HART协议的响应时间相对较长，不适合需要实时高速通信的闭环控制应用，尽管如此，通过与其他技术（如现场总线、工业以太网）的结合使用,HART技术在特定场景下的价值仍然不可替代。
HART通信技术将继续向智能化、无线化和集成化方向发展，随着工业4.0和工业互联网的推进，HART设备将更多地接入工厂网络，通过OPC UA、MQTT等协议与上层系统进行数据交互，实现设备全生命周期管理，无线HART技术的成熟将进一步降低部署成本，扩大在物联网和边缘计算领域的应用，HART协议的持续演进将支持更多高级功能，如预测性维护、人工智能诊断等,为工业数字化转型提供更强大的支持。
以下表格总结了HART通信技术的主要特点：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 信号类型 | 4-20mA模拟信号叠加FSK数字信号 |
| 通信速率 | 1200bps |
| 通信方式 | 主从式，支持点对点和多点模式 |
| 物理层 | 频移键控（FSK），1.2kHz/2.2kHz |
| 协议结构 | 三层结构（物理层、数据链路层、应用层） |
| 供电方式 | 两线制或四线制，支持总线供电 |
| 传输距离 | 最大3000米（双绞线） |
| 设备数量 | 每条总线最多15台从设备（多点模式） |
| 诊断功能 | 支持设备状态监控、故障诊断 |
| 互操作性 | 基于设备描述（DD）文件实现 |
相关问答FAQs：
Q1：HART通信技术与现场总线技术有何区别？
A1：HART通信技术与现场总线技术的主要区别在于通信速率和应用场景，HART采用低速FSK信号叠加在4-20mA模拟回路上，通信速率仅为1200bps，适用于设备级监控和配置，兼容传统模拟系统；而现场总线（如Profibus、FF）采用高速数字通信，速率可达几Mbps至几十Mbps，支持设备间的直接数据交换和复杂控制功能，通常用于构建全数字化控制系统，HART支持点对点和多点模式，而现场总线多为多点或网络化结构,适合大规模设备互联。
Q2：如何实现HART设备与DCS/PLC系统的集成？
A2：HART设备与DCS/PLC系统的集成主要有三种方式：一是通过HART调制解调器将HART数字信号转换为RS232/RS485信号，再通过串口服务器接入控制系统；二是采用支持HART协议的I/O卡件，直接在DCS/PLC的I/O机柜中处理HART信号；三是使用HART网关设备，将HART协议转换为Modbus、TCP/IP等标准协议，通过以太网接入上层控制系统，在实际应用中，需根据系统规模、通信距离和成本预算选择合适的集成方案，并确保设备描述（DD）文件正确加载以实现互操作性。
