Hart протокол для датчиков это

Начнем с основного: что такое протокол HART и как он работает?

Гавин Бакши, Одри Дейриен (Texas Instruments)

Устройства связи в системах промышленной автоматизации позволяют передавать данные, команды и другую информацию для оптимизации управления технологическим процессом и автоматизации производства. Обслуживающему персоналу затруднительно следить за всем оборудованием на заводе – это бы существенно снизило производительность.

Один из способов автоматического контроля промышленного оборудования – это использование токовой петли 4…20 мА. Первичная переменная (PV) передается как значение тока в диапазоне 4…20 мА в двухпроводной линии с питанием датчика по тем же двум проводам. Недостаток этого метода заключается в том, что вы можете контролировать только одну переменную. Протокол Скоростного адресного доступа к удаленному преобразователю (Highway Addressable Remote Transducer, HART) дает возможность передавать больше информации по той же двухпроводной системе. Протокол HART является распространенным методом связи в промышленной автоматизации на протяжении уже многих лет. Рассмотрим, работу HART, но сперва вспомним, как возник этот метод.

В конце 1990-х годов в телекоммуникации был принят стандарт Bell 202 для передачи информации о вызывающем абоненте в линии голосового сигнала. Частотная манипуляция сигнала (FSK) в звуковом диапазоне, которая использует модулированные тоны для передачи цифрового сигнала, передает цифровую информацию, содержащую номер телефона. Передача данных со скоростью 1200 бит/сек с использованием тональных частот 1200 и 2200 Гц, представляющих двоичный «1» или «0» соответственно, показана на рисунке 1.

Рис. 1. Модуляция со сдвигом частоты (FSK)

Информация о вызывающем абоненте не создает помехи голосовому сигналу, так что вся она может передаваться по одной и той же физической линии. Внедрение способа “Bell 202 FSK” позволило еще до снятия трубки на принимающей стороне отправлять большой объем данных, который может быть выделен и использован для передачи информации номера вызывающего абонента. После того как трубка телефона поднята, передача сигнала FSK прекращается, и голосовой сигнал будет принят и передан на динамик телефонной трубки.

В примере с передачей информации о вызывающем абоненте речевой сигнал представляет собой первичную переменную (PV). Аналогичным образом в промышленных приложениях сигнал, который должен постоянно контролироваться, известен как основное измеряемое значение. Основным измеряемым значением может быть температура или уровень давления, измеряемые в промышленных установках.

Модем HART модулирует и демодулирует сигнал с использованием FSK таким же образом, как и система передачи Bell 202. Теперь возможно передавать цифровые данные, к примеру, идентификацию датчика или устройства, данные калибровки или другую диагностическую информацию по той же двухпроводной петле, по которой передается и сигнал постоянного тока 4…20 мА. Такая система обычно называется «гибридной», поскольку она сочетает в себе как цифровые, так и аналоговые сигналы. На рисунке 2 показаны аналоговый сигнал и наложенный цифровой сигнал.

Рис. 2. Ток 4…20 мА и информация HART

Протокол HART имеет два основных режима работы: «точка-точка» и режим множественного доступа. В режиме «точка-точка» имеется одно ведущее устройство и одно ведомое. Преимущество этого режима заключается в том, что цифровые данные легко передаются по существующей линии 4…20 мА, что обеспечивает более детальный мониторинг устройства по существующей инфраструктуре сетей связи. В режиме множественного доступа к одной линии присоединяется несколько ведущих и ведомых устройств, поэтому могут передаваться только данные протокола HART FSK, а постоянный ток в линии фиксируется на уровне 4 мА. Режим множественного доступа может быть полезен, если много вынесенных устройств обменивается данными с единой системой управления, но в этом случае постоянный ток интерфейса «токовая петля» не может быть использован для непрерывного отслеживания основного измеряемого значения.

HART – это гибкий способ коммуникации для различных приложений промышленной автоматизации. Сам метод предлагает множество преимуществ, которые снижают стоимость, упрощают проектирование и обеспечивают такие результаты, как:

• передача (сопутствующей) цифровой информации без прерывания основного аналогового сигнала;
• простая реализация с использованием существующей двухпроводной инфраструктуры 4…20 мА;
• гибкие способы работы для удовлетворения потребностей различных систем.

Семейство микросхем DAC8740H производства компании Texas Instruments объединяет модем HART вместе со всеми сопутствующими компонентами, такими как источник опорного напряжения и генератор, что облегчает встраивание в готовую систему.

Продолжение темы читайте в статье «Передатчики стандарта HART».

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Что такое протокол HART, как он работает и каковы его особенности

Что такое протокол HART

Преимущества формирования связи между двумя машинами (или компонентами внутри них) для общения друг с другом были очевидными для специалистов по промышленной автоматизации и управлению еще до того, как Интернет вещей (IoT) стал распространенным явлением. Во многих случаях, например, требовалась отправка значений датчика температуры в центре коленчатого вала для управления реле привода двигателя и т. д,, и одним из протоколов связи, использованных для достижения этого, был протокол HART.

Протокол HART считается самым популярным протоколом в промышленной автоматизации (благодаря более чем 30 миллионам устройств на его основе), и сегодняшняя статья предоставит обзор того, что делает его таким особенным. Мы рассмотрим его принцип работы, функции, особенности и обновленные версии, такие как WirelessHART.

Протокол Highway Addressable Remote Transducer (HART) является одним из самых популярных протоколов открытых коммуникаций, используемых в промышленной автоматизации для отправки и получения цифровой информации по аналоговой проводке между интеллектуальными устройствами и системами управления. Этот протокол является усовершенствованием протокола последовательной связи, такого как RS485, и является средством, которое также широко используется в промышленности.

Он был разработан компанией Emerson в 1980-х годах как собственный протокол связи для устранения недостатков в существующем протоколе связи токовой петли 4-20 мА, который мог передавать только один параметр или измеренное значение. С помощью HART в промышленной автоматизации можно обеспечить двунаправленную связь, которая устраняет недостатки 4–20 мА, но также сохраняет инфраструктуру, поскольку протокол HART может отправлять цифровые сигналы, накладывая его на аналоговые сигналы без искажений или помех.

Результатом вышесказанного является создание двух одновременных каналов связи: аналогового сигнала 4-20 мА и цифрового сигнала. Именно из-за этой комбинации протокол называется гибридным протоколом. Типичные приложения, такие как измерительные приборы, могут использовать сигнал 4-20 мА для отправки основного измеренного значения и использовать наложенный цифровой сигнал для отправки дополнительной информации.

Поддержка устройств на основе 4-20 мА означала, что компании могут продолжать использовать свое устаревшее оборудование. Это, наряду с тем, что протокол стал «открытым», привело к повышению уровня принятия протокола, пока он не стал стандартом де-факто в отрасли.

Принцип работы протокола HART

Связь HART осуществляется между двумя устройствами с поддержкой HART, обычно интеллектуальным полевым устройством и системой управления или мониторинга. Как описано ранее, устройства, основанные на протоколе, передают аналоговый сигнал, используя существующий подход 4-20 мА, и цифровые сигналы, накладывая сигнал (в виде сигнала переменного тока) на аналоговый сигнал 4-20 мА, используя стандарт FSK Bell 202.

Процедура FSK (частотная манипуляция) включает в себя наложение синусоидальных волн двух частот, обычно 1200 Гц и 2200 Гц, которые представляют биты (1 и 0 соответственно) передаваемых данных. Использование FSK гарантирует, что среднее значение двух частот всегда равно нулю, гарантируя, что цифровой сигнал не влияет на аналоговый сигнал.

Для удовлетворения потребностей различных приложений устройства по протоколу HART можно настроить для работы в двух основных режимах: режим «точка-точка» и режим Multi-Drop.

В режиме «точка-точка» цифровые сигналы накладываются на ток петли 4–20 мА таким образом, что как ток 4–20 мА, так и цифровой сигнал могут использоваться при передаче сообщений между ведущим и ведомым устройствами. Это представляет собой типичное применение протокола со вторичными переменными и данными, которые могут использоваться для целей мониторинга, обслуживания и диагностики, и обмениваются цифровыми сигналами, в то время как сигналы управления передаются по аналоговой половине протокола. Иллюстрация конфигурации двухточечной сети приведена на следующем рисунке.

Режим сетевой конфигурации Multi-Drop позволяет нескольким устройствам подключаться к одной паре проводов способом, аналогичным протоколам на основе адресов, таким как i2c. Связь в многоточечном режиме полностью цифровая, так как связь через аналоговый токовый контур отключена, поскольку ток через каждое из устройств фиксируется на минимальном значении, достаточном только для работы устройства (как правило, 4 мА). Многоточечные сети обычно используются в приложениях диспетчерского управления, которые широко расположены, как на нефтебазах и трубопроводах. Конфигурация сети Multi-Drop показана на следующем рисунке.

В режиме связи запрос-ответ подчиненные устройства передают информацию только тогда, когда запрос выдается ведущим устройством. Несмотря на то, что этот режим имеет свои недостатки, особенно снижение скорости передачи данных (2-3 обновления данных в секунду), он помогает сделать протокол простым, эффективным и легким в реализации.

Чтобы освободить место для изменения требований приложения, в протоколе предусмотрен другой режим связи, называемый режимом пакетной передачи. В этом режиме подчиненные устройства могут отправлять один фрагмент информации непрерывно, без необходимости повторных запросов от ведущего. Этот режим обеспечивает более высокую скорость связи до 3-4 обновлений в секунду и обычно используется в сценариях, где требуется более одного устройства HART для прослушивания связи из цикла HART.

Для обеспечения внешнего мониторинга, необходимого для большинства промышленных приложений, оба режима связи поддерживают до двух мастеров, определенных как основной и дополнительный. Основной ведущий, как показано на рисунке выше, обычно является основной системой управления / мониторинга, в то время как вторичный ведущий обычно является устройством, подобным портативным терминалам типа HART-коммуникатор, который подключается к контуру HART только в течение короткого периода времени.

WirelessHART

Протокол HART развивался на протяжении многих лет с развитием технологий и повышением сложности вариантов использования. Одним из последних продуктов его эволюции является новая технология WirelessHART, которая предлагает совершенно новые возможности с беспроводной передачей информации по принципу HART.

Это первый стандартизированный (МЭК 62591) протокол беспроводной связи в области автоматизации процессов. В отличие от обычного протокола HART, на данном этапе он поддерживает связь только по цифровому сигналу, поскольку аналоговая связь не обеспечивается, так как не используется соединительный кабель.

В настоящее время существует два различных решения WirelessHART, в том числе: адаптер WirelessHART для улучшения существующих устройств HART и приемопередатчик WirelessHART с автономным питанием.

WirelessHART может использоваться в рамках существующих проводных приборов для сбора огромного количества информации, а также обеспечивает экономичный, простой и надежный способ развертывания новых точек измерения и контроля без затрат на проводку.

Источник

HART-протокол

HART-протокол (англ. Highway Addressable Remote Transducer Protocol) — цифровой промышленный протокол передачи данных, попытка внедрить информационные технологии на уровень полевых устройств. Модулированный цифровой сигнал, позволяющий получить информацию о состоянии датчика или осуществить его настройку, накладывается на токовую несущую аналоговой токовой петли уровня 4—20 мА. Таким образом, питание датчика, снятие его первичных показаний и вторичной информации осуществляется по двум проводам. HART-протокол это практически стандарт для современных промышленных датчиков. Приём сигнала о параметре и настройка датчика осуществляется с помощью HART-модема или HART-коммуникатора. К одной паре проводов может быть подключено несколько датчиков.По этим же проводам может передаваться сигнал 4—20 мА.
HART протокол использует принцип частотной модуляции для обмена данными на скорости 1200 бод. Для передачи логической «1» HART использует один полный период частоты 1200 Гц, а для передачи логического «0» — два неполных периода 2200 Гц. HART составляющая накладывается на токовую петлю 4—20 мА. Поскольку среднее значение синусоиды за период равно «0», то HART сигнал никак не влияет на аналоговый сигнал 4—20 мА. HART протокол построен по принципу «Ведущий — Ведомый», то есть полевое устройство отвечает по запросу системы. Протокол допускает наличие двух управляющих устройств (управляющая система и коммуникатор). Существует два режима работы датчиков, поддерживающих обмен данными по HART протоколу.
Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом. Обычно в этом режиме датчик работает в аналоговых АСУ ТП, а обмен по HART-протоколу осуществляется посредством HART-коммуникатора или компьютера. При этом можно удаленно (расстояние до 3000 м) осуществлять полную настройку и конфигурирование датчика. Оператору нет необходимости обходить все датчики на предприятии, он может их настроить непосредственно со своего рабочего места.
В многоточечном режиме — датчик передает и получает информацию только в цифровом виде. Аналоговый выход автоматически фиксируется на минимальном значении (только питание устройства — 4 мА) и не содержит информации об измеряемой величине. Информация о переменных процесса считывается по HART-протоколу. К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков. Их количество определяется длиной и качеством линии, а также мощностью блока питания датчиков. Все датчики в многоточечном режиме имеют свой уникальный адрес от 1 до 15, и обращение к каждому идет по соответствующему адресу. Коммуникатор или система управления определяет все датчики, подключенные к линии, и может работать с любым из них.
HART-протокол был разработан в середине 1980-х годов американской компанией Rosemount. В начале 1990-х годов протокол был дополнен и стал открытым коммуникационным стандартом. Однако, полных официальных спецификаций протокола в открытом доступе нет — их необходимо заказывать за деньги на сайте фонда HART-коммуникаций [1] . На март 2009 года доступна спецификация версии HART 7.2, поддерживающая технологию беспроводной передачи данных.

Содержание

Общие сведения

Преимущества

• высокая помехозащищённость
• простота и низкая стоимость монтажа
• дешевизна
• широкая распространённость в мире и России

Недостатки

Описание протокола

Физический уровень

Wired HART

HART протокол использует метод частотного сдвига для наложения цифровой связи на токовый сигнал 4—20 мА, идущий по цепи, соединяющей центральную систему с первичными датчиками. Для представления двоичных 1 и 0 используются две разные частоты (1200 Гц и 2200 Гц соответственно).

WirelessHART

Расширение стандарта, основанное на стандарте передачи данных по беспроводным сетям IEEE 802.15.4-2006 и использующее мультиплексирование с разделением по времени.

HART over IP

TCP/IP транспорт расширяет число применимых физических уровней до тех, которые поддерживают TCP/IP коммуникацию. Возможные реализации: Ethernet (802.3), Wi-Fi (802.11b/g) или RS-232 используя PPP.

Формат фрейма

Команды

Примечания

Ссылки

• HART протокол первичной связи
• Описание протокола HART
• (англ.) Фонд HART-коммуникаций
• (англ.) Подробное описание протокола HART — временные диаграммы, структура сообщений и т. д.
• Образовательный сайт об АСУ ТП. Спецификация HART на английском

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «HART-протокол» в других словарях:

PPP (сетевой протокол) — У этого термина существуют и другие значения, см. PPP. PPP (англ. Point to Point Protocol) двухточечный протокол канального уровня (Data Link) сетевой модели OSI. Обычно используется для установления прямой связи между двумя узлами сети,… … Википедия

Infrared Data Association — Внешний USB модуль инфракрасного порта … Википедия

SLIP — (Serial Line Internet Protocol) устаревший сетевой протокол канального уровня эталонной сетевой модели OSI для доступа к сетям стека TCP/IP через низкоскоростные линии связи путём простой инкапсуляции IP пакетов. Используются коммутируемые… … Википедия

Modbus — Modbus открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиент сервер». Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные … Википедия

LIN — (англ. Local Interconnect Network локальная сеть) стандарт промышленной сети, разработанный консорциумом европейских автопроизводителей и других известных компаний, включая Audi AG, BMW AG, Daimler Chrysler AG, Motorola Inc.,… … Википедия

DMX-512 — DMX512 (англ. Digital Multiplex) стандарт, описывающий метод цифровой передачи данных между контроллерами и световым, а также дополнительным оборудованием. Он описывает электрические характеристики, формат данных, протокол обмена… … Википедия

P-NET — P NET это промышленная сеть, которая была создана для объединения отдельных компонент вычислительного процесса, а именно: компьютера, датчиков, исполнительных устройств, устройств ввода/вывода, центрального и периферийного контроллеров… … Википедия

PROFIBUS FMS — протокол предназначен в основном для связи программируемых контроллеров друг с другом и станциями оператора. Он используется в тех областях, где высокая степень функциональности более важна нежели чем быстрое время реакции системы. При связи… … Википедия

Ихэтуаньское восстание — Ихэтуаньское восстание … Википедия

Договор об охране художественных и научных учреждений и исторических памятников — Н. К. Рерих «Мадонна Орифламма» Пакт Рериха (англ. The Roerich Pact), так же известный как Договор об охране художественных и научных учреждений и исторических памятников (англ. Treaty on the Protection of Artistic and Scientific Institutions and … Википедия

Источник