2.5.7.1. Походження. HART-протокол (Highway Addressable Remote Transducer) розроблений фірмою Rosemount Inc. у середині 80-х років, реалізує стандарт BELL 202 FSK (Frequency Shift Keying) для організації цифрової передачі, заснованої на технології 4-20 мА. HART це - відкритий стандарт, що працює з будь-якою системою управління й підтримується усіма провідними виробниками устаткування й програмного забезпечення в області автоматизації. HART-протокол по суті доповнює технологію 4-20 мА цифровими можливостями, а саме: - дозволяє передавати одночасно аналоговий і цифровий сигнал по одній витій парі, при чому зберігається повна сумісність і надійність існуючих аналогових ліній 4-20 мА; - дає можливість дистанційно здійснювати діагностику й настроювання польових приладів, використовуючи для цього HART-комунікатор або комп'ютер з відповідним ПЗ; це особливо зручно, коли датчики розташовані у важкодоступних місцях, на великих відстанях один від одного, а також в умовах шкідливих або небезпечних виробництв. - скорочує затрати на кабельну продукцію, установку, налагодження й на поточне технічне обслуговування; - дає зручність при роботі з багатопараметричними приладами, тому що можна одержувати інформацію про декілька змінних процесу по одній парі проводів; - прилади, що підтримують HART-протокол, можуть встановлюватись у вибухонебезпечних зонах класу 0, класу 1 і класу 2; - неперервна самодіагностика забезпечує високу надійність устаткування; інформація про стан приладу передається у кожному повідомленні від пристрою; - користувач має можливість прочитати будь-які параметри датчика: значення змінних, одиниці й діапазон вимірювання, індивідуальні параметри приладу. На сьогоднішній день доступна також HART-сумісна технологія Wireless HART, яка в декількох словах описана в розділі 4. 2.5.7.2. Фізичний рівень. Існує два режими роботи датчиків, що підтримують HART протокол: 1. режим точка-точка, коли передача цифрової інформації проходить одночасно з аналоговим сигналом; при цьому можна на відстані (до 3000 м) здійснювати настроювання й конфігурування датчика й операторові немає необхідності обходити всі датчики - їх можна настроїти зі свого робочого місця; 2. у багатоточковому режимі датчик передає й одержує інформацію тільки в цифровому вигляді, а аналоговий сигнал датчиків виставляється рівним 4-мА; інформація про змінні процесу зчитуються по HART-протоколу; до однієї пари проводів може бути підключено до 15 датчиків, їхня кількість визначається довжиною і якістю лінії, а також потужністю блоку живлення датчиків. У HART мережі по двох проводах здійснюється живлення датчика, прийом від нього сигналу про значення параметра і здійснюється настроювання датчика за допомогою HART-модему.
Уоснові HART-протоколу використовується
принцип частотної модуляції (ЧМ). Частотно-модульований
сигнал є двополярним і при застосуванні відповідної фільтрації не впливає на
основний аналоговий сигнал 4-20
мА. Відповідно до HART-протоколу цифровий сигнал малої амплітуди (±0.5 мА) накладається на аналоговий
сигнал 4-20 мА (рис.2.27). У відповідності зі
стандартом Bell 202 для передачі логічної "1" HART використовує один
повний період частоти 1200 Гц, а для передачі логічного "0" - два
неповних періоди 2200 Гц. Оскільки такий Чм-сигнал має нульове середнє значення
й фаза сигналу безперервна, то на аналоговий сигнал 4-20 мА він ніяк не впливає. Чм-складова
накладається на струмову петлю 4-20
ма. Бітова швидкість - 1200 біт/с. Стандартна топологія – зірка (декілька променів до ведучого пристрою), при багато
точковому з’єднанні - шина, коли 15 вузлів підключені до однієї витої пари. Прилади з HART-інтерфейсом можуть підключатися за допомогою таких способів (рис.2.28): - через спеціалізовані модулі HART; - через HART-Модем, за допомогою якого встановлюється з'єднання «точка-точка» між комп'ютером і HART-пристроєм; - через HART-мультиплексори. Найбільш прийнятим засобом для підключення декількох ведених пристроїв в єдину систему є мультиплексор, що забезпечує доступ до них через інтерфейс RS-485, RS-232 і Ethernet. 2.5.7.3. Канальний рівень. На канальному рівні використовується метод доступу Ведучий-Ведений з можливістю 2-х Ведучих вузлів. Ведучий формує запити для Веденого, який на них відповідає. При з’єднанні точка-точка, Ведучий вузол може замовити так званий пакетний режим передачі, при якому Ведений сам відправляє повідомлення з даними з певною періодичністю. 2.5.7.4. Прикладний рівень. Для передачі даних в шинній топології використовується класична схема Клієнт-Сервер. Ведучий завжди являється Клієнтом і генерує запити до Веденого на отримання певних величин, реальних даних і будь-яких інших параметрів, наявних у пристрої. Ведений пристрій інтерпретує ці команди відповідно до HART-протоколу. У відповідь Ведучому пристрою передається інформація про статус і значення параметрів Веденого пристрою. За одну посилку один вузол може передати іншому до 4 технологічних змінних, а кожний HART-пристрій може мати до 256 змінних, що описують його стан. Контроль коректності переданих даних заснований на одержанні підтвердження. При пакетному режимі (тільки в режимі точка-точка) після запиту Клієнта, Сервер Веденого періодично формує повідомлення. Весь набір команд, реалізованих в HART-протоколі, умовно можна розділити на три групи.
1. Універсальні – основні команди, які підтримуються
усіма типами ведених пристроїв: зчитування інформації про тип засобу, фірми
виготовлювача; зчитування вимірювального параметру (PV) та одиниці виміру; зчитування струмового виходу
та проценту діапазону; зчитування наперед визначених динамічних змінних; зчитування
символьних змінних, дати; зчитування/запис 32-символьного повідомлення; зчитування
діапазону датчику, одиниць виміру та константу часу демпфування; зчитування
серійного номеру чутливого елементу та обмеження; зчитування/запис номеру
останньої зборки; запис адреси для багатоточковго режиму.
2.
Стандартні (для груп пристроїв) – команди, які використовуються практично у всіх
HART-пристроях.
3.
Специфічні ( що залежать від пристрою) – команди настроювання специфічних, індивідуальних параметрів
якого-небудь пристрою.
Таблиця 2.17 Характеристики HART-протоколу
* - 1 транзакція вміщує до 25 байт, до 4 змінних |
Сети > 2.5.Краткий обзор пром. сетей (укр) >