8-900-374-94-44
8.2. Работа с сетью HART устройств
При работе в двухпроводной системе связи с одним подчиненным устройством
первичная переменная может быть считана либо как аналоговая величина, либо по
цифровому каналу. Подчиненное устройство имеет фиксированный адрес опроса,
равный нулю.
В двухпроводной системе связи два и более HART устройства могут быть
соединены вместе через один канал передачи. В такой системе каждое устройство
должно иметь свой уникальный адрес. HART протокол позволяет адресовать на одной
паре проводов до 15 HART устройств. Аналоговые сигналы в этом режиме
использовать нельзя, поскольку они будут просто складываться друг с другом в общем
контуре. В этом случае каждое устройство устанавливает свой аналоговый выход на
фиксированный уровень токового сигнала 4 мА (только питание). Идентификация
устройства в сети HART устройств осуществляется по уникальному адресу опроса,
Работа с сетью HART устройств осуществляется в главном окне программы,
закладка «Работа с MUX» (рис. 2). Основным элементом здесь является список HART
устройств (рис. 5, поз. 1). В нем отображаются найденные на каналах устройства
(формат обозначения устройства представлен на рис. 4), и осуществляется выбор
текущего устройства.
Рис. 4. Запись устройства в списке HART устройств
Также здесь отображается информация об устройстве (рис. 5, поз. 2).
Версия HART протокола 5.0 предполагает для передачи цифровой информации
использовать принцип частотной модуляции. Под версией датчика подразумевается
версия аппаратного обеспечения устройства. Физический интерфейс – американский
11
1
2
Рис. 5. Работа с сетью HART устройств
1–список HART устройств в сети; 2–команда «Опросить сеть»;3–команда
«Присвоить адрес опроса»; 4, 5–информация об устройстве.
8.2.1. Поиск устройств в HART сети
Поиск HART датчиков на кнале HART происходит по двойному нажатию левой
кнопки мыши на необходимом канале. После этого осуществляется последовательный
опрос устройств, подключенных к выбранному каналу, начиная с адреса опроса 0 и до
15. Найденные устройства отображаются в списке устройств (рис. 5, поз. 1). При
нахождении устройства по адресу опроса 0 программа прекращает опрос, т.к. нулевой
адрес опроса подразумевает наличие только одного устройства в сети.
8.2.2. Выбор текущего HART устройства
В списке подключенных устройств с помощью мыши или клавиатуры переместите
указатель на нужное устройство. Программа автоматически считает идентификатор
устройства, информацию об устройстве и запустит самотестирование устройства.
8.2.3. Присвоение адреса опроса
Выберите из списка текущее устройство и выполните команду «Присвоить адрес
опроса». В появившемся диалоговом окне (рис. 6) введите новый адрес опроса (целое
число от 0 до 15) и нажмите «ОК».
12
zinref.ru
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 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).
Расширение стандарта, основанное на стандарте передачи данных по беспроводным сетям IEEE 802.15.4-2006 и использующее мультиплексирование с разделением по времени.
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.
| Название поля | Длина (байт) | Назначение |
|---|---|---|
| Delimiter | 1 | Битовое поле. Используется для определения типа фрейма |
| Address | 1—5 | Определяет адрес master, slave и индикатор Burst Mode |
| [Expansion bytes] | 0—3 | |
| Command | 1 | Цифровое значение команды для исполнения |
| Byte Count | 1 | Указывает размер поля Data |
| [Data] | 0—255 | Данные ассоциированные с командой |
| Check Byte | 1 | XOR для всех байт сообщения начиная с Delimiter по последний байт Data |
biograf.academic.ru
Протокол связи HART — это протокол для адресуемых по шине полевых устройств (датчиков). Протокол HART, как таковой, не является полевой шиной — он является вариантом цифровой полевой связи, выполняющим многие функции полевых шин. При HART-связи полевые устройства традиционно подключаются через выходные токовые контуры 4-20 мА. накладывается на аналоговый сигнал с помощью метода частотной модуляции FSK (Frequency Shift Keying). Это позволяет передавать данные измерений, информацию о настройках и состоянии полевого устройства (датчика), не затрагивая аналоговый сигнал. HART обеспечивает цифровую двунаправленную связь между датчиком и вторичным прибором или контроллером. Время отклика HART около 500 мс, скорость передачи равна 1200 бит/с. Протокол связи HART может применятся и во взрывоопасных зонах в том случае, если развязывающие устройства (барьеры взрывозащиты) поддерживают HART протокол. Имеются два способа реализации HART связи с датчиками:
Частотно-модулированный сигнал — это переменный ток амплитудой +/-0.5 мА с частотой 1200 Гц для цифровой единицы и 2200 Гц для цифрового нуля. Среднее значение этого синусоидального сигнала равно нулю, так что он не оказывает влияния на сигнал 4-20 мА и не искажает показания датчика. Токовый модулированный HART сигнал преобразуется в напряжение на внутреннем входном сопротивлении приемника. Чтобы обеспечить надежный прием сигнала, протокол HART определяет полную нагрузку токового контура, включая сопротивление кабеля, которая должна быть в пределах от 230 Ом до 1100 Ом. Обычно, однако, верхний предел определяется не этой спецификацией, а ограниченной нагрузочной способностью источника питания. Управление доступом по протоколу HART.Протокол HART функционирует согласно принципу ведущий-ведомый, и все операции связи инициируются ведущим устройством. Протокол HART поддерживает два ведущих устройства: первичный ведущий, обычно система управления, и вторичный ведущий — блок управления, который используется в полевых условиях (ноутбук с HART модемом или ручной управляющий модуль — HART коммуникатор). Распределение активности ведущих устройств при управлении ведомым, выполняется на временной основе. После каждой транзакции одно из двух ведущих устройств может принимать на себя связь внутри определенного временного окна. Полевые устройства HART (датчики с поддержкой HART) являются ведомыми устройствами и всегда реагируют только на запрос ведущего устройства HART. При работе коммуникационные узлы можно добавлять или удалять, не прерывая процесса связи. Для настройки датчиков с поддержкой HART используются либо ручные управляющие модули — коммуникаторы, либо связка ПК-HART модем-специальное программное обеспечение. Несмотря на то, что HART протокол является стандартизированным и открытым протоколом не все устройства могут быть сконфигурированы с помощью одного HART коммуникатора или модема со специализированным программным обеспечением (например, PACTware). Большинство производителей выпускает коммуникаторы и модемы предназначенные, в большинстве случаев, для работы только с выпускаемыми этим же производителем приборами. Некоторые модели коммуникаторов (правильнее их будет называть пультами настройки с поддержкой HART) и вовсе могут работать только с одним определенным типом датчиков, но при этом их стоимость на порядок меньше, чем стоимость универсальных коммуникаторов. При подключении HART коммуникатора или модема к не поддерживаемому типу датчиков в лучшем случае удается посмотреть (иногда и изменить) диапазон измерения, единицы измерения, величину выходного сигнала, а также откалибровать точку нуля. Откалибровать чувствительность или зайти в меню расширенных настроек Advanced setup в большинстве случаев не удастся. Для того, чтобы получить возможность работы с данным типом датчиком нужно загрузить в коммуникатор (или программное обеспечение модема) файл-описание этого датчика, так называемый драйвер описания устройства (DD или DTM) Скачать необходимые DD и DTM файлы для новых устройств с поддержкой HART или для тех устройств, которые отсутствуют в штатной библиотеке HART коммуникатора или программного обеспечения модема можно на официальном сайте ассоциации HART Communication Foundation или на сайте производителя применяемого оборудования КИП. Выбор кабеля для HART связи.Длина проводки в большинстве установок не превышает 3000 метров — это значе |
gikk.ru
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.
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).
Расширение стандарта, основанное на стандарте передачи данных по беспроводным сетям IEEE 802.15.4-2006 и использующее мультиплексирование с разделением по времени.
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.
| Название поля | Длина (байт) | Назначение |
|---|---|---|
| Delimiter | 1 | Битовое поле. Используется для определения типа фрейма |
| Address | 1—5 | Определяет адрес master, slave и индикатор Burst Mode |
| [Expansion bytes] | 0—3 | |
| Command | 1 | Цифровое значение команды для исполнения |
| Byte Count | 1 | Указывает размер поля Data |
| [Data] | 0—255 | Данные ассоциированные с командой |
| Check Byte | 1 | XOR для всех байт сообщения начиная с Delimiter по последний байт Data |
dal.academic.ru
Несмотря на свое низкое быстродействие (1200 бит/с) и ненадежный аналоговый способ передачи данных, а также появление более совершенных сетевых технологий, устройства с HART-протоколом разрабатываются до сих пор и объем этого сегмента рынка продолжает расти. Однако применение HART в России довольно ограничено, поскольку внедрение датчиков с HART-протоколом требует одновременного применения HART-совместимых контроллеров и специализированного программного обеспечения. Типовой областью применение HART являются достаточно дорогие интеллектуальные устройства (электромагнитные клапаны, датчики потока жидкости, радарные уровнемеры и т. п), а также взрывобезопасное оборудование, где низкая мощность HARTсигнала позволяет легко удовлетворить требованиям стандартов на искробезопасные электрические цепи.
Стандарт HART включает в себя 1-й, 2-й и 7-й уровни модели OSI (табл. 2.4). Полное описание стандарта можно купить в организации HCF.
| Табл. 2.4. Модель OSI HART-протокола | ||
| Номер уровня | Название уровня | HART |
| 7 | Прикладной | HART-команды, ответы, типы данных |
| 6 | Уровень представления | Нет |
| 5 | Сеансовый | Нет |
| 4 | Транспортный | Нет |
| 3 | Сетевой | Нет |
| 2 | Канальный (передачи данных) | Ведущий/ведомый, контрольная сумма, контроль четности, организация потока битов в сообщение, контроль приема сообщений. |
| 1 | Физический | Наложение цифрового ЧМ сигнала на аналоговый 4-20 мА; медная витая пара |
| Рис. 2.15. Суммирование аналогового и цифрового сигнала в HART-протоколе |
| Рис. 2.16. Принцип работы HART-протокола на физическом уровне |
По материалам сайта http://www.bookasutp.ru
level-meter.livejournal.com
Количество просмотров публикации HART-протокол — 660
HART-протокол (Highway Addressable Remote Transducer – Адресуемый Дистанционный Магистральный Преобразователь), разработан фирмой Fisher Rosemount Inc.
Скоростьпередачи данных по стандарту HART-протокола до 1200 бит/с. Обмен реализуется по принципу Master/Slave. В сети может присутствовать до 2 Master-узлов, при этом второй Master, как правило, предназначен для связи с какой-либо системой контроля или отображения данных.
Стандартная топология организована по принципу ʼʼточка-точкаʼʼ или ʼʼзвездаʼʼ. Для передачи данных по сети используются два режима:
— по схеме ʼʼзапрос-ответʼʼ, режим реализует асинхронный обмен данными со временем одного цикла 500 мс;
— все пассивные узлы непрерывно передают свои данные на Master-узел со временем обновления данных в Master-узле 250÷300 мс.
Возможно построение топологии типа ʼʼшинаʼʼ (до 15 узлов), когда несколько узлов подключены на одну пару проводов. Питание осуществляется по шине.
Весь набор команд, реализованных в HART-протоколе, условно можно разделить на три группы:
— Универсальные команды. Это команды общего назначения и используются на уровне операторских станций: код производителя устройства в сети, модель, серийный номер, краткое описание устройства, диапазоны ограничений, набор рабочих переменных.
— Команды для групп устройств: фиксация значения тока на выходном канале, сброс и т.д.
— Команды, зависящие от устройства: старт/стоп, специальные функции калибровки и т.д.
За одну посылку один узел другому может передать до 4 технологических переменных, а каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние.
Структура информационного кадра имеет следующий формат: 1 стартовый бит, 8 бит данных, 1 бит контроля нечетности, 1 стоповый бит. Метод контроля корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.
HART протокол использует стандарт BELL 202 кодировки сигнала методом частотного сдвига (FSK), используемого для посылки цифровой информации по телефонным сетям, при этом цифровой сигнал накладывается на аналоговый измерительный сигнал 4÷20 мА. Для представления двоичных ʼʼ1ʼʼ и ʼʼ0ʼʼ используются две разные частоты, 1200 Гц и 2200 Гц, соответственно (рис. 2.24).
Рис. 2.24. Форма сигнала передачи
Метод формирования физических сигналов и среда передачи данных HART протокола соответствует физическому уровню OSI модели протоколов.
Среднее значение синусоидального сигнала равно нулю. По этой причине, несмотря на прохождение цифровых данных, к сигналу 4÷20 мА никакая компонента постоянного тока не добавляется. Следовательно, существующие аналоговые приборы продолжают работать как обычно, кроме того, осуществляется низкочастотная фильтрация, которая эффективно отбрасывает коммуникационный сигнал, к примеру, однополосный низкочастотный фильтр 10 Гц уменьшает коммуникационный сигнал до амплитуды колебаний примерно ±0,01 % от аналогового сигнала.
Поскольку двоичные числа передаются на скорости обмена данными 1200 бод, число ʼʼ1ʼʼ представлено одиночным циклом 1200 Гц, а число ʼʼ0ʼʼ представлено приблизительно двумя циклами 2200 Гц.
Протокол HART определяет, что главные устройства (ведущая система управления или ручной коммуникатор) передают сигнал в виде напряжения, в то время как подчиненные (первичные) устройства передают токовый сигнал. Токовый сигнал преобразуется в соответствующее напряжение с помощью сопротивления нагрузки контура, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ должно быть в пределах от 230 до 1100 Ом. Следовательно, все устройства должны использовать такие приемники, схемы которых способны принимать напряжение.
Уровни коммуникационного сигнала HART протокола приведены в таблице 2.9. Все значения даны между пиками сигнала (двойная амплитуда).
Таблица 2.9. Уровни коммуникационного сигнала
| Сигнал, переданный главным устройством | min 400 мВ max 600 мВ |
| Сигнал, переданный подчиненным устройством | min 0,8 мА max 1,2 мА |
| Чувствительность приемника (должен правильно принимать) | от 120 мВ до 2,0 В |
| Порог приемника (должен игнорировать) | от 0 мВ до 80 мВ |
Характеристики чувствительности приемника допускают неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ затухание сигнала из-за кабеля или воздействия других составляющих. Характеристика порога приемника уменьшает вероятность помех внешних сигналов и предотвращает пересечение с другими HART сигналами.
Стандартная схема соединения двухпроводного передатчика показана на рис. 2.25.
Рис. 2.25. Схема соединения двухпроводного передатчика
На практике все три объекта͵ блок питания, передатчик и сопротивление нагрузки (R), бывают соединены в любом порядке.
Ручной коммуникатор или коммуникационные схемы главного устройства не должны быть подсоединены непосредственно параллельно источнику питания. Οʜᴎ должны подсоединяться либо к двум проводам первичного прибора в точках А и В, либо через сопротивление нагрузки в точках B и C, в данном случае цепь замыкается через источник питания.
HART протокол содержит в каждом сообщении адрес назначения. Установив для каждого подчиненного устройства уникальный адрес, можно несколько таких устройств подсоединить параллельно с помощью одной пары проводов. Каждое устройство отвечает только на посланные в его адрес сообщения. Поскольку весь диапазон сигнала 4÷20 мА в данном случае не имеет смысла, присвоение ненулевого адреса устанавливает аналоговый сигнал на уровень 4 мА, что достаточно для питания устройства, такое решение уменьшает общее потребление питания. Пример реализации режима моноканала приведен на рис. 2.26.
Рис. 2.26. Метран-280 в многоточечном режиме
На рисунке 2.26 обозначено: БП – блок питания; PV1 – HART-модем; PV2 – компьютер.
При работе не в моноканале (одно подчиненное устройство) первичная переменная должна быть считана либо как аналоговая величина, либо по цифровой связи. В режиме моноканала считывать первичную переменную можно только с помощью цифровой коммуникации, поскольку аналоговый сигнал более не доступен.
Важно заметить, что для связи с HART-устройствами служат следующие изделия:
1. HART-коммуникатор – портативное устройство, предназначенное для считывания информации, удаленной настройки и конфигурирования интеллектуальных полевых приборов;
2. HART-модем – служит для связи персонального компьютера или системных средств АСУ ТП с интеллектуальными датчиками. Обеспечивает высокую надежность передачи данных. Используется с программным обеспечением (AMS, Visual Instrument, H–Master) для настройки интеллектуальных.
3. HART-мультиплексор – обеспечивает связь персонального компьютера или средств АСУ ТП с 8-ю или 16-ю интеллектуальными датчиками и любыми другими устройствами, поддерживающими HART-протокол. Мультиплексор обеспечивает преобразование информационного сигнала HART в цифровой сигнал интерфейса RS-485 или RS-232, при этом аналоговый сигнал 4÷20 мА токовой петли может использоваться системой регистрации и управления.
referatwork.ru
В данном руководстве представлен HART протокол и дан обзор конкретной реализации текущей версии HART (версия 5). Этот обзор поможет вам понять свойства и достоинства протокола HART, как он работает и что он может делать. Однако его не следует воспринимать как замену полной документации HART протокола — если вы разрабатываете HART совместимый прибор или систему управления, вам понадобится полная документация, доступная по номинальной цене. Если потребуется, вы можете получить и техническую поддержку. В данном обзоре не рассматриваются все подробности HART протокола, и его не следует принимать за точное описание. Данное руководство составлено так, чтобы его читали последовательно, поскольку новые понятия вводятся по мере необходимости изложения, иногда сначала на более простом уровне в одной главе, а затем более подробно.
Чтобы легче было ориентироваться, обзор разбит на короткие разделы, по одному на каждое понятие. В разделе 1 дан обзор интеллектуальных инструментальных средств и HART протокола. В остальных разделах идет углубление в подробности самого протокола. В разделе 2 описывается метод формирования и среда передачи физических сигналов. В разделе 3 описано кодирование символов и других данных, структура сообщений и процедура транзакций. В разделе 4 дано описание некоторых команд, используемых для работы с первичными устройствами. В словаре технических терминов и сокращений содержатся пояснения терминов, относящихся к HART протоколу. Обращайтесь к словарю за более подробным объяснением незнакомых слов или понятий, а также за подсказкой по использованию HART протокола.
meandr.org