8-900-374-94-44
Схема RS-485. Наиболее распространён в промышленных сетях.
+:
Двухсторонний обмен данными по одной витой паре проводов
Возможность организации сети
Большая длина линий связи
Высокая скорость передачи
Полудуплексный. Дифференциальный способ передачи информации 1:-200мВ> 0:-200 мВ<
Режим «эхо» — интерфейс сам передаёт и принимает.
При передачи информации, приёмники и передатчики необходимо заземлять.
В 485-м существуют сквозные токи, они возникают, когда два передатчика включают одновременно.
Интерфейс «токовая петля» используется для передачи информации с 1950-х годов. Первоначально в нем использовался ток 60 мА [101]; позже, с 1962 г., получил распространение интерфейс с током 20 мА, преимущественно в телетайпных аппаратах. В 1980-х годах начала широко применяться «токовая петля» 4…20 мА в разнообразном технологическом оборудовании, датчиках и исполнительных устройствах средств автоматики. Популярность «токовой петли» начала падать после появления стандарта на интерфейс RS-485 (1983 г.), и в настоящее время в новом оборудовании она практически не применяется.
. По определению, ток, вытекающий из источника тока, не зависит от параметров нагрузки. Поэтому в «токовой петле» протекает ток, не зависящий от сопротивления кабеля Якаб, сопротивления нагрузки Д„ и э.д.с. индуктивной помехи ЕИНД (рис. 2.10), а также от напряжения питания источника тока Еп (рис. 2.11). Ток в петле может измениться только вследствие утечек кабеля, которые очень малы.
Это свойство токовой петли является основным и определяет все варианты ее применения.
На приемном конце ток петли преобразуется в напряжение с помощью калиброванного сопротивления RH. При токе 20 мА для получения стандартного напряжения 2,5, 5 или 10 В используют резистор сопротивлением 125, 250 или 500 Ом соответственно.
Основным недостатком «токовой петли» является ее принципиально низкое быстродействие, которое ограничивается скоростью заряда емкости кабеля Скаб от источника тока.
Вторым недостатком «токовой петли», ограничивающим ее практическое применение, является отсутствие стандарта на конструктивное исполнение разъемов и электрические параметры, хотя фактически стали общепринятыми диапазоны токовых сигналов 0…20 и 4…20 мА; гораздо реже используют 0…60 мА.
Интерфейс «токовая петля» распространен в двух версиях: цифровой и аналоговой.
Аналоговая «токовая петля». Аналоговая версия «токовой петли» используется, как правило, для передачи сигналов от разнообразных датчиков к контроллеру или от контроллера к исполнительным устройствам.
Цифровая «токовая петля» используется обычно в версии «0…20 мА», поскольку она реализуется гораздо проще.
HART-протокол (Highway Addressable Remote Transducer — магистральный адресуемый удаленный преобразователь) [103] является открытым стандартом на метод сетевого обмена, который включает в себя не только протокол взаимодействия устройств, но и требования к аппаратуре канала связи.
HART находит применение для связи контроллера с датчиками и измерительными преобразователями, электромагнитными клапанами, локальными контроллерами, для связи с искробезопасным оборудованием.
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.
Принципы построения. При создании HART-протокола в 1980 г. преследовалась цель сделать его совместимым с широко распространенным в то время стандартом «токовая петля», но добавить возможности, необходимые для управления интеллектуальными устройствами. Поэтому аналоговая «токовая петля» 4…20 мА была модернизирована таким образом, что получила возможность полудуплексного цифрового обмена данными. Для этого аналоговый сигнал суммируется с цифровым сигналом (рис. 2.15) и полученная таким образом сумма передается с помощью источника тока 4…20 мА по линии связи. При передаче цифрового двоичного сигнала логическая единица кодируется синусоидальным сигналом с частотой 1200 Гц, ноль — 2200 Гц. При смене частоты фаза колебаний остается непрерывной. Такой способ формирования сигнала называется частотной манипуляцией с непрерывной фазой.
studfiles.net
По мере развития микроэлектроники в приборостроении получило развитие новое направление — создание интеллектуальных датчиков (ИД), под которыми понимаются программируемые устройства измерительного преобразования физической величины в электрический сигнал.
Важным достоинством применения ИД в составе АСУТП является то что ИД позволяют в условиях объекта без демонтажа датчика автоматизированно выполнять следующие достаточно трудоемкие операции:
– настройку многодиапазонных датчиков на требуемый диапазон измерения физической величины (например: в некоторых газопроводах летние и зимние расходы газа отличаются на порядок, что требует использования датчиков с разными диапазонами измерения),
– изменение инерционности датчиков при выполнении преобразования входной физической величины,
– чтение паспортных данных ИД,
– проверку работоспособности ИД,
– калибровку ИД.
Перечисленные достоинства ИД потенциально способны обеспечить перспективы существенного снижения стоимости технического обслуживания средств измерения. Наиболее эффективная реализация этого потенциала ожидалась в составе действующих автоматизируемых систем с большим количеством датчиков. Однако именно в действующих системах это оказалось трудно реализуемым из-за того, что в них ИД должны были заменять традиционные датчики, которые подключались к УСО радиальными линиями связи, а переделка действующих систем даже под перспективные ИД оказалась нерентабельной.
Для реализации потенциальных возможностей ИД и обеспечения перспективы их широкого использования, в том числе и в составе действующих АСУТП, потребовалась разработка специального системотехнического решения. В середине 80-х годов компания Rosemount — лидер в области разработки и производства ИД, предложила промышленную шину
При реализации соединения «точка-точка» задача внедрения ИД в действующих системах ставилась так:
— обеспечить возможность замены интеллектуальными датчиками традиционных датчиков с использованием существующих двухпроводных линий связи;
— обеспечить возможность программной настройки ИД в составе системы без их демонтажа. и. с использованием существующих двухпроводных линий связи.
Поставленная задача решена разработкой HART с топологией «точка-точка» в соответствии с рис.10.1. Как видно из рис.10.1, ИД связан с МВВ УСО двухпроводной линией связи, по который от датчика передается токовый сигнал в диапазоне 4…20 мА (как и в традиционном решении). Для взаимодействия оператора с ИД к существующей линии связи подключается портативный HART-терминал, осуществляющий передачу и прием цифровых сигналов, позволяя считывать данные, настраивать параметры и контролировать работоспособность ИД. Независимое функционирование цепи передачи измерительного аналогового сигнала 4…20 мА от передачи цифрового сигнала достигнуто путем фильтрации цифрового сигнала HART-терминала на входе МВВ.
Рис.10.1. Топология «точка-точка»
По мере активного внедрения топологии «точка-точка» стало очевидно, что HART-терминал может использоваться не только во входных цепях измерения, но и в выходных цепях УСО, осуществляющих формирование управляющего сигнала: например, — в цепи передачи аналогового сигнала 4…20мА для задания уставки «интеллектуальному» регулятору (см. рис.10.1). В этом случае через HART-терминал осуществляется возможность чтения параметров, характеризующих работу регулятора, выполнения операций по настройке регулятора и проверки его работоспособности.
В дальнейшем HART-технология автоматизации была дополнена возможностями создания многоточечных структур и оформлена в виде открытого протокола, описанного по уровням 1, 2 и 7 модели ISO/OSI.
10.1.2. Физический уровень HART реализуется с использованием 2-х проводного кабеля, по которому осуществляется и передача сигнала, и питание сетевых HART устройств. Топология линии связи может быть типа «точка-точка» по рис.10.1 или в виде магистральной структуры в соответствии с рис. 10.2.
Рис. 10.2. Многоточечная топология HART
Цифровой сигнал HART в соответствии с модемным стандартом Bell 202 формируется методом частотной модуляции: логическая «1» передаётся частотой 1200 Гц, а логический «0» передается частотой 2200 Гц. Частотно модулированный сигнал передается со скоростью 1200 бит/с.
Максимальная длина линии связи сети HART зависит от характеристик кабеля связи (погонные значения индуктивности и емкости) и от топологии. При соединении «точка-точка» в зависимости от характеристик кабеля максимальная длина линии связи может составлять 600…2000 м, а при многоточечной топологии из-за суммирования емкости всех нагрузок максимальная длина линии связи может уменьшиться до 100 м.
На рис.10.2. показано, что в HART структуре имеются два ведущих устройства (мастера) — МS1 и МS2 и до 15-ти ведомых устройств – SL. Ведущие устройства передают сигнал напряжения в диапазоне 400…600 мВ, а ведомые устройства передают токовый сигнал в диапазоне 0.8…1.2 мА. Токовый сигнал преобразуется в сигнал напряжения с помощью сопротивления нагрузки линии связи (эквивалентного сопротивления всех входов, подключенных к линии связи). По этой причине в многоточечной топологии значение нагрузки линии связи ограничивается в пределах 230…1100 Ом, что обеспечивает формирование сигнала на входе приемного устройства в диапазоне 120…2000 мВ (рабочий диапазон -184…1320 мВ; сигналы менее 80 мВ – игнорируются).
Постоянный ток в линии связи используется только для питания каждого SL в пределах 4 мА. По этой причине вспомогательный источник питания по рис.11.2. должен обеспечивать нагрузку до 60 мА.
10.1.3. Канальный уровень HART реализуется протоколом передачи данных типа «ведущий- ведомый» со структурой HART-сообщений в соответствии с табл. 10.1.
Таблица 10.1.
Запрос от ведущего устройства | |||||||
РА | SD | AD | CD | BC | Поле данных 0…25 байт | CHK | |
Ответ от ведомого устройства | |||||||
РА | SD | AD | CD | BC | ST | Поле данных 0…25 байт | CHK |
Передача сообщения осуществляется байтами. Формат байта: старт- 8бит данных- бит паритета- стоп; РА – преамбула, SD— стартовый символ, AD-адрес назначения, CD — команда, BC— число байт данных, ST— статус полевого устройства. | |||||||
— Преамбула РА состоит из трех шестнадцатеричных символов FFF, которые позволяет принимающему устройству синхронизировать свои схемы приема частоты на получение сигнала после любой паузы в передаче.
— Стартовый символ SD представляется одним байтом и имеет разные значения, указывая: какой формат сообщения используется, какое устройство является источником сообщения и находится ли первичное устройство в активном режиме:
Стартовый символ SD | Короткий кадр | Длинный кадр |
От ведущего к ведомому | 02 | 82 |
От ведомого к ведущему | 06 | 86 |
В активном режиме от ведомого | 01 | 81 |
— Адрес AD – это поле, которое содержит два адреса: ведущего и ведомого устройств. Эти адреса содержатся и в одном байте короткого формата, и в 5-ти байтах длинного формата.
Адрес короткого формата:
Биты | b7 | b6 | b5 | b4 | b3 | b2 | b1 | b0 |
Назначение | Адреса: МS1 – 1, МS2- 0 | Пакетн. режим | 0 | Адрес ведомого устройства ( 0 – для канала 4…20 мА ) | ||||
Адрес длинного формата:
Биты | b7 | b6 | b5 | b4 | b3 | b2 | b1 | b0 |
НазначениеБайт 1 | Адреса: МS1 – 1, МS2- 0 | Пакетн. режим | Адрес ведомого устройства ( 0 – для канала 4…20 мА ) | |||||
Байт 2 | Адрес ведомого устройства, продолжение: биты 6…. 14 | |||||||
Байт 3 | Адрес ведомого устройства, продолжение: биты 15….22 | |||||||
Байт 4 | Адрес ведомого устройства, продолжение: биты 23….30 | |||||||
Байт 5 | Адрес ведомого устройства, продолжение: биты 31….38 | |||||||
Кроме адреса МS1 или МS2 и идентификатора пакетного режима работы адрес длинного формата содержит адрес ведомого устройства: 38 бит уникального номера. В этом номере указываются: код производителя, код типа устройства, код идентификатора типа устройства. Задание такого адреса фактически делает каждое HART- устройство опознаваемым в любой многоуровневой системе.
— Команда CD — представляется байтом. Код полученной команды в том же виде передается назад в ответном сообщении ведомого устройства.
— Число байт данных BC передается байтом, значение которого указывает количество байт, содержащихся в части сообщения, включающего статус и данные. Байт контрольной суммы в это количество не включается. Приемное устройство использует это значение для идентификации байта контрольной суммы и определения конца сообщения.
— Cтатус ведомого устройства ST— передается только в составе ответного сообщения SL двумя байтами информации, закодированной поразрядно. В первом статусном байте находятся ошибки обмена данными. Во втором статусном байте содержится состояние функционирования SL. При нормальной работе SL оба статусных байта должны быть нулевыми.
— Данные DT — максимальное количество байт данных – до 25. Данные могут быть представлены в виде целых чисел без знака, чисел с плавающей запятой или строк из ASCII символов. Но не все команды и ответы содержат данные.
— Контрольная сумма CHK передается байтом, в котором содержится результат логической операции «исключающее ИЛИ» (продольная четность) над всеми байтами, начиная со стартового символа. CHK дополняет проверку на четность каждого байта. Сочетание двух проверок гарантирует обнаружение любого единичного искажения до трех бит.
Пример короткого формата сообщения: SD=02 -сообщение короткого формата от ведущего к ведомому. AD=82- сообщение от МS1 ведомому устройству с адресом 2. CD=01 – команда: считать значение переменной. BC=00 – нет байт данных. Контрольная сумма (продольная четность) =81.
PA | SD | AD | CD | BC | CHK | ||
FF | FF | FF | 02 | 82 | 01 | 00 | 81 |
Каждое из двух ведущих устройств может быть готово к передаче через 270 мс (время ожидания). Цикл обновления данных повторяется 2-3 раза в секунду в режиме «запрос-ответ» и 3-4 раза в секунду в пакетном режиме. Несмотря на относительно большую длительность цикла, в большинстве случаев он является достаточным для управления непрерывным процессом.
10.1.4. Пользовательский уровень HART представляется тремя типами команд CD:
Типы команд | Назначение |
Универсальные | 10 команд: используются и поддерживаются всеми ведомыми при-борами и обеспечивают, например, считывание первичных значений измерений, диапазона измерений, граничных величин или констант. |
Стандартные | Используются в большинстве HART приборов, но не во всех. Это команды считывания и записи стандартных и приборных параметров (например,- установить фиксированное значение выходного тока ). |
Специфические | Содержат функции, которые ограничиваются конкретной моделью или типом прибора: команды, связанные с настройкой, вводом в эксплуатацию или работой специфических приборов типа- калибро-вка ультразвукового датчика или чтение базовых данных прибора. Имеются три типа команд, которые будут рассмотрены ниже. |
www.eti.su
Лекция 4
Интерфейс «токовая петля»
Интерфейс «токовая петля» используется для передачи информации с 1950-х годов. Первоначально в нем использовался ток 60 мА; позже, с 1962 года, получил распространение интерфейс с током 20 мА, преимущественно в телетайпных аппаратах. В 1980-х годах начала широко применяться «токовая петля» 4…20 мА в разнообразном технологическом оборудовании, датчиках и исполнительных устройствах средств автоматики. Популярность «токовой петли» начала падать после появления стандарта на интерфейс RS-485 (1983 г.) и в настоящее время в новом оборудовании она практически не применяется.
В передатчике «токовой петли» используется не источник напряжения, как в интерфейсе RS-485, а источник тока. По определению, ток, вытекающий из источника тока, не зависит от параметров нагрузки. Поэтому в «токовой петле» протекает ток, не зависящий от сопротивления кабеля , сопротивления нагрузки и э. д. с. индуктивной помехи , а также от напряжения питания источника тока . Ток в петле может измениться только вследствие утечек кабеля, которые очень малы.
Это свойство токовой петли является основным и определяет все варианты ее применения. Емкостная наводка , э. д. с. которой приложена не последовательно с источником тока, а параллельно ему, не может быть ослаблена в «токовой петле» и для ее подавления следует использовать экранирование.
| Рис. 2.10. Принцип действия «токовой петли» |
В качестве линии передачи обычно используется экранированная витая пара, которая совместно с дифференциальным приемником позволяет ослабить индуктивную и синфазную помеху.
На приемном конце ток петли преобразуется в напряжение с помощью калиброванного сопротивления . При токе 20 мА для получения стандартного напряжения 2,5 В, 5 В или 10 В используют резистор сопротивлением 125 Ом,
250 Ом или 500 Ом соответственно.
Основным недостатком «токовой петли» является ее принципиально низкое быстродействие, которое ограничивается скоростью заряда емкости кабеля от источника тока. Например, при типовой погонной емкости кабеля 75 пФ/м и длине 1 км емкость кабеля составит 75 нФ. Для заряда такой емкости от источника тока 20 мА до напряжения 5 В необходимо время 19 мкс, что соответствует скорости передачи около
9 кбит/с.
Вторым недостатком «токовой петли», ограничивающим ее практическое применение, является отсутствие стандарта на конструктивное исполнение разъемов и электрические параметры, хотя фактически стали общепринятыми диапазоны токовых сигналов 0…20 мА и 4…20 мА; гораздо реже используют 0…60 мА. В перспективных разработках рекомендуется использовать только диапазон 4…20 мА, как обеспечивающий возможность диагностики обрыва линии
Интерфейс «токовая петля» распространен в двух версиях: цифровой и аналоговой.
Аналоговая «токовая петля»
| а) |
| б) |
| Рис. 2.11. Два варианта построения аналоговой «токовой петли»: со встроенным в передатчик источником питания (а) и выносным (б) |
Аналоговая версия «токовой петли» используется, как правило, для передачи сигналов от разнообразных датчиков к контроллеру или от контроллера к исполнительным устройствам. Применение «токовой петли» в данном случае дает два преимущества. Во-первых, приведение диапазона изменения измеряемой величины к стандартному диапазону обеспечивает взаимозаменяемость компонентов. Во-вторых, становится возможным передать сигнал на большое расстояние с высокой точностью (погрешность «токовой петли» может быть снижена до ±0,05%). Кроме того, стандарт «токовая петля» поддерживается подавляющим большинством производителей средств промышленной автоматизации.
В варианте «4…20 мА» в качестве начала отсчета принят ток 4 мА. Это позволяет производить диагностику целостности кабеля (кабель имеет разрыв, если ток равен нулю) в отличие от варианта «0…20 мА», где величина «0 мА» может означать не только нулевую величину сигнала, но и обрыв кабеля. Вторым преимуществом уровня отсчета 4 мА является возможность подачи энергии датчику для его питания.
Встроенный источник удобен при монтаже системы, а внешний удобен тем, что его можно выбрать с любыми параметрами в зависимости от поставленной задачи.
Принцип действия обоих вариантов состоит в том, что при бесконечно большом коэффициенте усиления операционного усилителя (ОУ) напряжение между его входами равно нулю и поэтому ток через резистор равен , а поскольку у идеального ОУ ток входов равен нулю, то ток через резистор строго равен току в петле и, как следует из этой формулы, не зависит от сопротивления нагрузки. Поэтому напряжение на выходе приемника определяется как .
Достоинством схемы с операционным усилителем является возможность калибровки передатчика без подключенного к нему кабеля и приемника, поскольку вносимая ими погрешность пренебрежимо мала.
 |
| Рис. 2.12. Зависимость максимальной скорости передачи «токовой петли» от длины неэкранированной витой пары 22 AWG при токе петли 20 мА |
Напряжение источника выбирается такой, чтобы обеспечить работу транзистора передатчика в активном (ненасыщенном) режиме и скомпенсировать падение напряжения на проводах кабеля и сопротивлениях , . Для этого выбирают , где — напряжение насыщения транзистора (1…2 В).
Цифровая «токовая тепля»
Цифровая «токовая петля» используется обычно в версии «0…20 мА», поскольку она реализуется гораздо проще, чем «4…20 мА». Поскольку при цифровой передаче данных точность передачи логических уровней роли не играет, можно использовать источник тока с не очень большим внутренним сопротивлением и низкой точностью.
| Рис. 2.13. Принцип реализации цифровой «токовой петли» |
Так, на рис. 2.13 при стандартном значении напряжения питания =24 В и падении напряжения на входе приемника 0,8 В для получения тока 20 мА сопротивление должно быть равно примерно 1,2 кОм. Сопротивление кабеля сечением 0,35 кв. мм и длиной 1 км равно 97 Ом, что составит всего 10% от общего сопротивления петли и им можно пренебречь. Падение напряжения на диоде оптрона составляет 3,3% от напряжения источника питания, и его влиянием на ток в петле также можно пренебречь. Поэтому с достаточной для практики точностью можно считать, что передатчик в этой схеме является источником тока.
Как аналоговая, так и цифровая «токовая петля» может использоваться для передачи информации нескольким приемникам одновременно. Вследствие низкой скорости передачи информации по «токовой петле» согласование длинной линии с передатчиком и приемником не требуется.
«Токовая петля» нашла свое «второе рождение» в протоколе HART.
 |
| Рис. 2.14. Токовая петля может быть использована для передачи информации нескольким приемникам |
HART-протокол (Highway Addressable Remote Transducer — «магистральный адресуемый удаленный преобразователь») является открытым стандартом на метод сетевого обмена, который включает в себя не только протокол взаимодействия устройств, но и требования к аппаратуре канала связи, поэтому устоявшийся термин «протокол», означающий алгоритм взаимодействия устройств, применен здесь не совсем корректно. Стандарт HART был разработан в 1980 году фирмой Rosemount Inc., которая позже сделала его открытым. В настоящее время стандарт поддерживается международной организацией HART Communication Foundation (HCF), насчитывающей 190 членов (на декабрь 2006 г.).
HART находит применение для связи контроллера с датчиками и измерительными преобразователями, электромагнитными клапанами, локальными контроллерами, для связи с искробезопасным оборудованием.
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 HART сигнала 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 |
| Прикладной | HART-команды, ответы, типы данных | |
| Уровень представления | Нет | |
| Сеансовый | Нет | |
| Транспортный | Нет | |
| Сетевой | Нет | |
| Канальный (передачи данных) | Ведущий/ведомый, контрольная сумма, контроль четности, организация потока битов в сообщение, контроль приема сообщений. | |
| Физический | Наложение цифрового ЧМ сигнала на аналоговый 4-20 мА; медная витая пара |
Принципы построения
 |
| Рис. 2.15. Суммирование аналогового и цифрового сигнала в HART-протоколе |
При создании HART-протокола в 1980 году преследовалась цель сделать его совместимым с широко распространенным в то время стандартом «токовая петля», но добавить возможности, необходимые для управления интеллектуальными устройствами. Поэтому аналоговая «токовая петля» 4…20 мА была модернизирована таким образом, что получила возможность полудуплексного цифрового обмена данными. Для этого аналоговый сигнал суммируется с цифровым сигналом и полученная таким образом сумма передается с помощью источника тока 4…20 мА по линии связи. Благодаря сильному различию диапазонов частот аналогового
(0…10 Гц) и цифрового (1200 Гц и 2200 Гц) сигналов они легко могут быть разделены фильтрами низких и высоких частот в приемом устройстве. При передаче цифрового двоичного сигнала логическая единица кодируется синусоидальным сигналом с частотой 1200 Гц, ноль — 2200 Гц. При смене частоты фаза колебаний остается непрерывной. Такой способ формирования сигнала называется частотной манипуляцией с непрерывной фазой. Выбор частот соответствует американскому стандарту BELL 202 на телефонные каналы связи.
Сопротивление выбирается так же, как и в токовой петле (стандартом предусмотрена величина 230…1100 Ом) и служит для преобразования тока 4…20 мА в напряжение. Акт взаимодействия устройств инициирует контроллер. Цифровой сигнал от источника напряжения через конденсатор подается в линию передачи и принимается на стороне датчика в форме напряжения в диапазоне от 400 до 800 мВ. Приемник датчика воспринимает HART-сигналы в диапазоне от
120 мВ до 2 В, сигналы от 0 до 80 мВ приемником игнорируются. Получив запрос, датчик формирует ответ, который в общем случае может содержать как аналоговый сигнал , так и цифровой ( ). Аналоговый сигнал обычно содержит информацию об измеренной величине, а цифровой — информацию о единицах и диапазоне измерения, о выходе величины за границы динамического диапазона, о типе датчика, имени изготовителя и т. п.). Аналоговый и цифровой сигнал суммируются и подаются в линию связи в форме тока. На стороне контроллера ток преобразуется в напряжение резистором . Полученный сигнал подается на фильтр нижних частот с частотой среза 10 Гц и на фильтр верхних частот с частотой среза 400…800 Гц. На выходе фильтров выделяются цифровой сигнал и аналоговый . При использовании фильтров второго порядка погрешность, вносимая цифровым сигналом в аналоговый, составляет всего 0,01% от 20 мА.
Как и в обычной «токовой петле», источник тока в HART-устройстве может иметь внешний или встроенный источник питания.
 |
| Рис. 2.16. Принцип работы HART-протокола на физическом уровне |
В частном случае HART-протокол может использовать только цифровой сигнал, без аналогового, или только аналоговый сигнал 4…20 мА, без цифрового.
В случае, когда ведомым устройством является не датчик, а исполнительное устройство (например электромагнитный клапан), аналоговый сигнал в форме тока должен передаваться от ведущего устройства к ведомому и источник тока должен находиться в ведущем устройстве. Поскольку HART устройства содержат микроконтроллер и МОП-ключи, необходимое для этого переконфигурирование передатчика и приемника выполняется путем подачи соответствующей команды.
HART-устройства всегда содержат микроконтроллер с UART и ППЗУ (перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство).
Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП, англ. Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, UART) — узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами.
Цифровой сигнал, сформированный микроконтроллером, преобразуется в UART в непрерывную последовательность бит, состоящую из двоичных слов длиной 11 бит каждое (рис. 2.18-а).
 |
| Рис. 2.17. Прохождение аналоговых и цифровых сигналов через устройства с HART-протоколом |
| HART_формат_слова.tif а) |
| б) |
| Рис. 2.18. Структура слова (а) и сообщения (б) вHART-протоколе |
Каждое слово начинается со стартового бита (логический ноль), за которым следует байт передаваемых данных, затем бит паритета и стоповый бит. Сформированная таким образом последовательность нулей и единиц передается в модем, выполняющий частотную манипуляцию (ЧМ). Полученный частотно-манипулированный сигнал передается в интерфейсный блок для формирования напряжения, подаваемого в линию связи (напомним, что от контроллера к датчику передается сигнал в форме напряжения, а обратно — в форме тока).
На стороне датчика сигнал принимается из линии интерфейсным блоком, преобразуется ЧМ модемом в последовательность битов, из которой контроллер выделяет байты данных и биты паритета. Микроконтроллер проверяет соответствие бита паритета переданному байту для каждого переданного слова, пока не обнаружит признак конца сообщения.
Получив команду, контроллер приступает к ее выполнению. Если пришла команда запроса измеренных данных, контроллер датчика принимает через АЦП сигнал датчика, преобразует его в аналоговую форму с помощью ЦАП, суммирует со служебной информацией на выходе ЧМ модема и передает в линию связи в форме тока 4…20 мА.
Сеть на основе HART-протокола
Описанный выше обмен информацией между двумя устройствами (типа «точка-точка») является наиболее типичным применением HART-протокола. Однако HART-устройства могут быть объединены в сеть. Для этого используют только цифровую часть HART-протокола, без аналоговой, а информация передается в форме напряжения, что позволяет соединятьHART-устройства параллельно. Максимальное количество устройств в сети может составлять 15, если не использовать HART-повторители (ретрансляторы, репитеры). HART-сеть может иметь произвольную топологию, поскольку при малых скоростях передачи (1200 бит/с) эффектов, характерных для длинных линий, не возникает. Этим же объясняются крайне низкие требования к полосе пропускания кабеля (2,5 кГц по уровню — 3 дБ). Такой полосе соответствует постоянная времени линии передачи 65 мкс, т.е. при сопротивлении линии 250 Ом ее емкость может достигать 0,26 мкФ, что соответствует длине кабеля около 2…3 км (табл. 2.5).
| Табл. 2.5. Зависимость длины кабеля от погонной емкости | ||||
| Количество устройств в сети | Длина кабеля при погонной емкости | |||
| 65 пФ/м | 95 пФ/м | 160 пФ/м | 225 пФ/м | |
| 2800 м | 2000 м | 1300 м | 1000 м | |
| 2500 м | 1800 м | 1150 м | 900 м | |
| 2100 м | 1600 м | 1000 м | 750 м | |
| 1800 м | 1400 м | 900 м | 700 м |
В сети могут быть два ведущих устройства, одним из которых является контроллер, вторым — ручной коммуникатор, используемый для считывания показаний и установки параметров HART-устройств. Коммуникатор может быть подключен в любом месте сети, но обычно доступными являются только клеммы датчиков или коммутационные клеммы в монтажном шкафу.
Сеть допускает горячую замену или добавление новых устройств (т.е. без отключения питания). В случае сбоя, например, при случайном коротком замыкании, сеть повторяет невыполненные операции обмена.
В HART-сети только один узел может посылать сигнал, в это время остальные «слушают» линию. Инициирует процедуру обмена ведущее устройство (контроллер или ручной коммуникатор). Ведомые получают команду и посылают ответ на нее. Каждое ведомое устройство имеет персональный сетевой адрес, который включается в сообщение ведущего устройства. Адрес имеет длину 4 бита («короткий адрес») или 38 бит («длинный адрес»). Имеется также второй способ адресации — с помощью тегов (идентификаторов, назначаемых пользователем).
Каждая команда или ответ на нее называются сообщением и имеют длину от 10… 12 байт до 20…30 байт. Сообщение начинается с преамбулы и заканчивается контрольной суммой (рис. 2.18). Элементы сообщения (слова) перечислены в табл. 2.6.
| Табл. 2.6. Значения слов в HART-сообщении | |||
| Обозначение | Название | Длина в байтах | Назначение |
| PA | Преамбула | 5…20 | Синхронизация и обнаружение несущей |
| SD | Признак старта | Указывает формат сообщения и источник сообщения | |
| AD | Адрес | 1 байт или 38 бит | Указывает адреса обоих устройств |
| CD | Команда | Сообщает подчиненному, что нужно сделать | |
| BC | Количество байт в DT | Показывает количество байт между BC и CHK | |
| ST | Статус | 0 если ведущий 2 если ведомый | Сообщает ошибки обмена данными, состояние устройства |
| DT | Данные | 0…253 | Аргумент, соответствующий команде CD |
| CHK | Контрольная сумма | Обнаружение ошибок |
Преамбула представляет собой последовательность единиц и предназначена для синхронизации приемника с передатчиком. Длина преамбулы зависит от требований ведомого устройства. Когда ведущее устройство выполняет обмен с ведомым первый раз, оно посылает максимально длинную преамбулу, чтобы обеспечить надежную синхронизацию. В ответе ведомого содержится требование к длине преамбулы. Эта длина сохраняется в памяти ведущего устройства и используется в последующих сообщениях. Поскольку различные ведомые могут иметь различные требования к преамбулам, ведущий формирует в своей памяти таблицу преамбул. В настоящее время все новые устройства имеют преамбулу длиной 5 байт.
Ведомое устройство может быть защищено от записи. Обычно это выполняется с помощью переключателя на плате.
Контрольная сумма используется для обнаружения ошибок в данных. Если ошибка обнаружена, обычно выполняется повторный обмен сообщениями.
Ведомое устройство может иметь режим ускоренной передачи («burst mode»), при котором оно периодически посылает ответ на ранее принятую команду, хотя ведущий не посылает ее повторно. Это сделано для увеличения частоты получения значений измеряемой величины от датчика (до 3…4 раз в секунду) в случае необходимости. Только одно устройство может находиться в таком режиме (его еще называют монопольным), поскольку линия передачи оказывается занята. После выключения и повторного включения питания ведомое устройство остается в монопольном режиме и перевести его в обычный режим можно только командами с номерами 107, 108, 109, которые посылают в паузах между периодическими ответами ведомого устройства.
Сеть на основе HART-протокола может подключаться к другим сетям (Modbus, Profibus, Ethernet) с помощью соответствующих шлюзов. В сети также широко используются мультиплексоры, позволяющие подключить к одному контроллеру несколько HART-сетей и одновременно выполнить роль шлюза. Для подключения сети или HART-устройства к компьютеру необходим специальный HART-интерфейс, который выпускается рядом производителей. Программный доступ SCADA к HART-устройствам выполняется с помощью HART OPC сервера.
Адресация
Каждое HART-устройство должно иметь уникальный адрес. Посылаемые ведущим устройством адреса декодируются одновременно всеми устройствами, находящимися в сети. Однако отвечает только то устройство, чей адрес совпадает с принятым.
Метод адресации в HART протоколе содержит несколько потенциальных проблем. Стандартом предусмотрено два вида адресов: короткий адрес (длиной 4 бита) и длинный адрес (длиной 38 бит). В настоящее время используется комбинация короткого и длинного адреса. Длинный адрес устанавливается изготовителем HART-устройства и не может быть изменен пользователем.
Когда новое устройство подключено к сети, возникает проблема, как узнать его длинный адрес, поскольку для того, чтобы считать из памятиHART устройства его адрес, к нему надо сначала обратиться, а обращение уже требует знания адреса. Перебрать все адреса невозможно, т. к. их очень много ( ). Проблема решается применением команды с номером 0, которая использует короткий адрес для обращения к устройству и позволяет считать из него длинный адрес.
Обычно перед монтажом сети сначала считывают длинные адреса всех устройств и составляют их базу данных, и только после этого строят сеть.
Существует второй способ узнать длинный адрес устройства — с помощью команды с номером 11, которая обращается к устройствам не по адресу, а по имени тега. Она применяется, если в сети более 15 устройств (это возможно, если используются повторители) или если устройствам не присвоены короткие адреса.
Длинный адрес формируется из 40-битного уникального идентификатора HART-устройства (рис. 2.19) путем отбрасывания двух старших битов. Поэтому адрес получается 38-битным. Уникальный идентификатор HART-устройства состоит из идентификатора изготовителя (IDизготовителя), кода типа HART-устройства и серийного номера, который занимает 3 байта.
| Рис. 2.19. Структура уникального идентификатора HART-устройства |
Следующая проблема HART-протокола связана с тем, что идентификатор (ID) изготовителя (рис. 2.19) имеет длину всего 8 бит, т.е. с его помощью можно однозначно идентифицировать только 256 изготовителей, что слишком мало. Поэтому для идентификации изготовителя используются также часть поля серийного номера.
Еще одна проблема адресации связана с тем, что для получения длинного адреса используются только 6 бит из идентификатора изготовителя. Это означает, что четыре устройства с разными уникальными идентификаторами могут иметь один и тот же длинный адрес. Для устранения этой проблемы схему адресации выпускаемых устройств каждый изготовитель должен согласовывать с организацией HCF.
Короткий адрес имеет еще одно назначение: с его помощью отключают возможность использования в HART сообщении аналогового токового сигнала, что необходимо для объединения нескольких устройств в сеть. Перевод HART устройства в этот режим называется парковкой («parking») и выполняется путем установления значения короткого адреса равным 1…15.
Команды HART
HART-команды бывают трех типов: универсальные, общепринятые и специфические. Универсальные и общепринятые команды устанавливаются стандартом на HART-протокол и выполняют чтение и запись серийного номера устройства, тега, дескриптора, даты, рабочей области памяти, номера версии устройства и т. п. Эти параметры изменяются редко и поэтому хранятся в ЭППЗУ.
Специфические команды создаются изготовителем конкретного устройства и могут иметь идентификационные номера от 128 до 253. Поэтому одни и те же функции у разных производителей могут иметь различные номера. Команда с номером 255 не используется, чтобы ее можно было отличить от преамбулы (которая состоит из последовательности логических единиц). Команда с номером 254 зарезервирована.
Приведем примеры универсальных команд:
«Считать имя изготовителя и тип устройства»,
«Считать переменную и единицу измерения»,
«Считать переменную как величину тока и в процентах от диапазона»,
«Считать или записать 8-симольный тег, 16-символьный дескриптор и дату»,
«Считать или записать 32-символьное сообщение»,
«Считать диапазон значений переменной и единицу измерения»,
«Считать или записать серийный номер устройства»,
«Записать тег, описатель и дату «,
«Записать адрес устройства».
Примеры распространенных команд:
«Считать четыре динамические переменные»,
«Записать постоянную демпфирования»,
«Записать диапазон измерения»,
«Калибровать»,
«Задать фиксированное значение выходного тока»,
«Выполнить самодиагностику»,
«Выполнить сброс»,
«Настроить ноль»,
«Записать единицы измерения»,
«Настроить ноль и коэффициент передачи АЦП»,
«Записать функцию преобразования»,
«Записать серийный номер сенсора».
Примеры специфических команд:
«Записать уставку ПИД-регулятора»,
«Включить ПИД-регулятор»,
«Считать или записать калибровочные коэффициенты»,
«Подстроить сенсор»,
«Установить позицию клапана».
megaobuchalka.ru
Мэтью Саседа (Texas Instruments)
В статье «Начнем с основного: что такое протокол HART и как он работает?» авторы обсудили протокол скоростного адресного доступа к удаленному преобразователю (HART) и его место в конструкциях сенсорных датчиков. Напомним, что простые конструкции передатчиков традиционно передают аналоговое значение, обычно называемое технологической переменной (ТП, PV), через токовую петлю. Эта технологическая переменная обычно связана с измеряемым параметром датчика, таким как влажность, температура, pH, давление, который представлен аналоговым сигналом 4…20 мА. Такой аналоговый сигнал может быть передан по проводу длиной несколько километров, пока не достигнет аналоговой интерфейсной схемы, регистрирующей падение потенциала на шунтирующем резисторе, чтобы преобразовать переданную величину сигнала датчика.
Все это хорошо, пока вы хотите передавать только один параметр. Но что делать, если необходимо отправить или получить дополнительные данные по тем же двум проводам? Это возможно путем использования в конструкции вашего передатчика технологии HART.
При включении модема HART приложение сможет передавать данные по расширенным процедурам калибровки, отправлять диагностические данные или передавать технологические переменные с других подключенных сенсорных платформ. Эта передача данных возможна посредством сигнала HART с частотной манипуляцией (FSK), которая накладывается на аналоговый сигнал токовой петли.
Перед тем как погрузиться в специфические особенности конструкции двухпроводного передатчика HART, пройдите (или освежите в памяти) ускоренный курс проектирования простого двухпроводного передатчика [1]. Закончили обзор? Отлично! Теперь Вы на полпути.
Начнем со схемы, показанной на рисунке 1.
Рис. 1. Двухпроводный передатчик с модемом HART
Схема может казаться несколько сложной, но единственная разница между этой схемой и показанной в записи блога о простом двухпроводном передатчике – это включение модема HART DAC8740H. Небольшой ток покоя модема DAC8740H (порядка 180 мкА) делает его превосходным кандидатом для решения задач передачи данных с маломощных датчиков. Используя методы, показанные в ускоренном курсе [1], определим коэффициент усиления \((1+\frac{R3}{R4})\) для токовой петли.
Между модемом HART и передатчиком имеются всего две точки присоединения. На рисунке 2 вывод DAC8740H MODOUT модема HART соединяется с передатчиком по переменному току через конденсатор C1. Этот конденсатор вместе с R6 создает фильтр верхних частот, который ослабляет частоты более низкие, чем выбранная частота отсечки, \(\frac{1}{(2\times TT\times R6\times C1)}\).
Рис. 2. Присоединение модема HART
Во время работы сигнал HART FSK с амплитудой 1 мА р-p поступает из точки выхода модуляции MODOUT и накладывается на аналоговое значение тока в петле. Резистор R6, включенный последовательно между HART-модемом и неинвертирующим терминалом U3, может устанавливать и менять амплитуду сигнала FSK. С учетом наложения, формула 1 определяет переменную компоненту тока в петле как:
$$I_{OUT_{p-p}}=(\frac{V_{HART}}{R6})\times (1+\frac{R3}{R4})\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$
Следовательно:
$$R6=(\frac{V_{HART}}{I_{OUT_{p-p}}})\times (1+\frac{R3}{R4})$$.
Подставляя из схемы значения для R3, R4 и напряжения полного размаха на выходе модуляции, получим величину для R6. Имея значение R6 и выбрав частоту среза фильтра верхних частот, можно вычислить величину C1. В типовом проекте высокоточного преобразователя для токовой петли 4…20 мА с модемом HART частота среза составляет 679 Гц, что позволяет эффективно ослаблять шум и частоты ниже 1200 и 2200 Гц без существенного влияния на диапазон частот сигналов HART.
Вход сигнала HART – ножка MOD_IN микросхемы DAC8740H – подключается со связью по переменному току через конденсатор C2 к положительному проводу линии и поступает на внутренний полосовой фильтр модема.
Готово! Вы закончили конструкцию передатчика HART и можно двигаться дальше. Следующим шагом будет создание интеллектуального передатчика сигнала датчика, для чего необходимо выбрать интерфейс датчика, например, TMP116 – микросхему, обеспечивающую лучшую точность, чем резистивный датчик температуры класса А (RTD).
Оригинал статьи
•••
www.compel.ru
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРФЕЙСОВ USB/RS-485 «С2000-USB» Руководство по эксплуатации АЦДР. 426469.029-01 РЭп 2018 СОДЕРЖАНИЕ 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ… 4 2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ… 4 3 КОМПЛЕКТНОСТЬ… 4 4 КОНСТРУКЦИЯ,
ПодробнееРуководство по эксплуатации Паспорт ООО «СВЕТОВОД» Москва 2009 г. Данное руководство по эксплуатации включает в себя общие сведения, необходимые для изучения и правильной эксплуатации преобразователя интерфейсов
ПодробнееUSB-ПО5 ООО «АПЭЛ» АДАПТЕР USB-ПО5 РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ http://www.apel.ru/ ТОЛЬЯТТИ 2014 под к л ю ч е н и е про гра мматора по -5 в usb порт ле г к о с т ь испол ьзования USB 2.0 АДАПТЕР USB
ПодробнееМикрофонный адаптер TRBOnet Mic Adapter M001 Технический паспорт ООО «Неоком Софтвеа Солюшенс» 2016 Содержание 1. Общие сведения об изделии 2. Возможности микрофонного адаптера 3. Комплектация 4. Технические
ПодробнееКонвертор USB / RS485 Модель СК201 НАЗНАЧЕНИЕ Конвертор предназначен для обеспечения связи персонального компьютера, имеющего интерфейс USB, с удаленными объектами по каналу RS485. Устройство преобразует
ПодробнееПАСПОРТ ВОЛЬТМЕТР ЦИФРОВОЙ NUC-113 НУЛС.411134.002 2010 НАЗНАЧЕНИЕ Вольтметр цифровой NUC-113 предназначен для измерения напряжения в пределах -19,99… 19,99 В с отображением на 3 ½ LED дисплее. В вариантном
ПодробнееОКП 42 1878 0322 01 ПРИБОР КОНТРОЛЯ ФАКЕЛА ПКФ-М02 Паспорт Руководство по эксплуатации 2014 г. г. Великий Новгород 1 Содержание: 1. Описание и работа… 3 1.1 Назначение… 3 1.2 Технические характеристики…
ПодробнееОООО «НТЦ ИЗМ МЕРИТЕЛЬ» ДЕПАРТАМЕНТ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТРАНСПОРТА» ОКП 403330 УСТРОЙСТВО НАСТРОЙК КИ ПАСПОРТ SM15038.00.00 ПС ООО «НТЦ Измеритель» 115280, 1 Москва, улица Ленинская Слобода, домм 19,
Подробнееизм. . ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗДЕЛИИ.. Измеритель (датчик) ЭСКОРТ ТД-00 определяет уровень заполнения светлых нефтепродуктов в резервуарах (емкостях хранения). Применяется в автотракторной технике в качестве
Подробнееизм.3 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗДЕЛИИ 1.1. Считыватель меток «ЭСКОРТ Радиус-С» предназначен для совместной работы с приборами мониторинга и служит для приёма и передачи данных по радиоканалу на частоте 2.4
ПодробнееОКП 34 1500 НАУЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ «РЭЛСИБ» БЛОК ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕРМЕТИЧНЫЙ БПГ 12 Руководство по эксплуатации РЭЛС.423148.015 РЭ * * * * * * * * * Адрес предприятия изготовителя: г. Новосибирск,
ПодробнееИНДИКАТОР УТЕЧКИ ГАЗА 100162047.027 ПС 3 СОДЕРЖАНИЕ Стр. Введение 4 1 Назначение 4 2 Технические данные 4 3 Комплект поставки 5 4 Устройство и порядок работы 6 5 Указания мер безопасности 7 6 Правила хранения
ПодробнееМодемный пул МПГ Паспорт ЛГТИ.424228.001 ПС СОДЕРЖАНИЕ 1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ 3 2 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗДЕЛИИ 3 3 ОПИСАНИЕ И РАБОТА 5 4 ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ 6 5 МАРКИРОВКА И ПЛОМБИРОВАНИЕ 6 6 УКАЗАНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ
Подробнее1 ПРИБОР ПОЖАРНЫЙ УПРАВЛЕНИЯ ОПОВЕЩЕНИЕМ Пульт микрофонный МЕТА 18580-8 МЕТА 18580-16 МЕТА 18580-24 МЕТА 18580-32 МЕТА 18580-40 Паспорт ФКЕС 422413.142 ПС 2 С О Д Е Р Ж А Н И Е 1. НАЗНАЧЕНИЕ… 3 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ
ПодробнееАС7, ПР-КП20, НП-КП20 Преобразователи USB — UART руководство по эксплуатации Содержание 1 Назначение…3 2 Технические характеристики и условия эксплуатации…4 3 Устройство и принцип действия…6 3.1
ПодробнееБЛОК АНАЛОГОВЫХ ВВОДОВ АВ0 Руководство по эксплуатации ЖИТОМИР СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ Назначение… Технические характеристики… Комплектность… Устройство и принцип работы… Указания мер безопасности…
ПодробнееПреобразователь интерфейсов RS-485 USB Краткое руководство Предупреждения об опасности ВНИМАНИЕ Ключевое слово ВНИМАНИЕ используется для предупреждения о потенциальной угрозе здоровью или повреждения оборудования.
ПодробнееМонитор RML5 ПАСПОРТ ADDM.423146.068-05 ПС Адрес предприятия изготовителя: 143989, Россия, Московская область, г. Балашиха, мкр. Железнодорожный, ул. Маяковского, д. 16 ООО «Матрица» Телефон: (495) 225-80-92
ПодробнееУПИА..-0ПС РОССИЯ ОАО «ЮГ-СИСТЕМА плюс» EKE ПАСПОРТ КОНТРОЛЛЕР МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ Основные технические данные. Контроллер многофункциональный EKE (далее контроллер) предназначен для определения состояния
ПодробнееООО Лифт-Комплекс ДС ДИСПЕТЧЕРСКИЙ КОМПЛЕКС ОБЬ КОНЦЕНТРАТОР МЕЖМОДУЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Новосибирск 2007 Настоящее руководство предназначено для изучения концентратора межмодульного
ПодробнееСодержание 1. Назначение… 3 2. Вид системы… 4 3. Описание… 4 4. Технические характеристики… 5 5. Комплектация… 5 6. Технические требования… 6 7. Подключение… 6 8. Установка драйвера и программы…
ПодробнееРуководство по эксплуатации Оглавление Назначение…………… 3 Комплектность…………. 3 Технические характеристики…. 3 Устройство и работа………. 4 Маркировка…………… 4 Упаковка……………..
Подробнееdocplayer.ru
Почти 20 лет протокол HART версии 5 являлся признанным стандартом цифровой связи промышленных систем управления. С 31 марта 2011 года по решению международной организации HART Communication Foundation (HCF) все новые устройства HART должны соответствовать протоколу версии 7. Другими словами HCF запретило разработку новых устройств на базе устаревших версий HART.
Стоит упомянуть, что ведомые устройства на базе HART 7 не имеют полной совместимости с сетями 5-й версии протокола, что может привести к ряду конфликтов. Поэтому обновление существующих каналов связи следует начинать с ведущих устройств и программного обеспечения. Для многих пользователей – это дорогостоящее мероприятие. Однако, когда речь идет о масштабных промышленных объектах, затраты, выделенные на обновление коммуникационных каналов, приобретают статус инвестиций в безопасность и оперативность обслуживания технологических процессов предприятия.
В чем же преимущество современной промышленной цифровой сети на базе протокола HART 7 в отличии от версии 5?
Первое что бросается в глаза это быстродействие. Да, «медленный» HART стал быстрее. С 1200 бит/с скорость возросла до 9600 бит/с. Кроме того обновленный протокол стал более дружелюбным при вводе в эксплуатацию новых устройств: длинный тег до 32 символов позволяет полностью указать расположение прибора согласно проектной документации; дополнительная функция поиска устройства позволяет обслуживающему персоналу на местах установки и в диспетчерской убедиться, что они работают с одним и тем же устройством, а также провести тест цифровой передачи данных на правильность подключения устройства и корректность выполненных настроек.
С точки зрения безопасности появилась программная защита от изменения настроек неуполномоченным пользователем.
Развитие и усложнение систем управления потребовало от цифровых сетей большей масштабируемости, в связи с чем HART 7 приобрел возможность объединения до 63 устройств в многоточечном режиме, вместо 15. Кроме того в многоточечном режиме ток аналоговой петли теперь не фиксируется на 4 мА как ранее, а может передавать данные с одного любого выбранного устройства.
Для разработчиков устройств и проектировщиков сетей важным изменением будет то, что HART 7 полностью совместим с набором команд WirelessHART, в дополнение решена проблема с идентификатором (ID) изготовителя, из-за чего раннее могли возникнуть конфликты при объединении устройств в единую сеть от разных производителей. Еще одним нововведением стало увеличение количества передаваемых переменных с одного устройства с 4-х до 8-ми, что позволяет устройству передать в систему верхнего уровня не только технологические, но и диагностические параметры. Если устройство имеет встроенные часы, то можно определить периодичность передачи параметров. В случае с автономным питанием, такая возможность значительно продлит время разрядки батареи. Особенно это актуально для беспроводных устройств.
Безусловно, моментальный перевод существующих сетей на обновленный стандарт HART выглядит затратным, именно по этой причине разработчики компании Emerson заложили в большинство своих устройств поддержку обеих версий стандарта 5 и 7, предлагая своим заказчикам возможность плавного перехода на новый стандарт■
emersonexchange365.com
| Английский язык | Русский язык | ||
| HART Communicator | A handheld master device that uses the HART communication protocol and DDL to configure or communicate with any HART smart device | HART Коммуникатор | Портативное управляющее устройство, которое использует коммуникационный HART протокол и Язык описания устройства (DDL) для конфигурации или коммуникации с любым интеллектуальным прибором HART |
| Bell 202 | A U.S. telephone standard that uses 1,200 Hz and 2,200 Hz as 1 and 0, respectively, at 1,200 baud; a full duplex communication standard using a different pair of frequencies for its reverse channel; HART uses Bell 202 signals but is a half-duplex system, so the reverse channel frequencies are not used | Стандарт Bell 202 | Американский телефонный стандарт, который использует частоты 1200 Гц и 2200 Гц в качестве 1 и 0 соответственно, при скорости передачи данных 1200 бод. Полный стандарт дуплексной связи, использующий различную пару частот для обратного канала. HART использует сигналы Bell 202, но при этом является системой полудуплексной связи, поэтому частоты обратного канала не используются |
| Burst (Broadcast) Mode | A HART communication mode in which a master device instructs a slave device to continuously broadcast a standard HART reply message (e.g., value of a process variable) until the master instructs it to stop bursting | Монопольный режим | Режим HART коммуникации, при котором управляющее устройство дает команду подчиненному устройству непрерывно передавать информацию в стандарте HART (например, величина переменной процесса) без запроса коммуникатора или системы, до тех пор, пока управляющее устройство не даст команду о прекращении передачи данных |
| Cable Capacitance Per Unit of Length | The capacitance from one conductor to all other conductors (including the shield if present) in the network; measured in feet or meters | Емкость кабеля на единицу длины | Емкость одного проводника по отношению ко всем другим проводникам (включая щит, если таковой имеется) в сети. Измеряется в микрофарадах на фут или метр |
| Cable Resistance Per Unit of Length | The resistance for a single wire; measured in feet or meters | Сопротивление кабеля на единицу длины | Сопротивление одинарного провода. Измеряется в Ом-ах на фут или метр |
| Closed-Loop Control | A system in which no operator intervention is necessary for process control | Замкнутая система управления | Система, в которой не требуется вмешательства оператора в управление процессом |
| Communication Rate | The rate at which data are sent from a slave device to a master device; usually expressed in data updates per second | Скорость передачи данных | Скорость, с которой данные передаются от подчиненного устройства управляющему устройству; обычно выражается в обновлении данных в секунду |
| DCS | See Distributed Control System. | DCS | См. Распределенная система управления |
| DD | See Device Description. | DD | См. Описание устройства |
| DDL | See Device Description Language. | DDL | См. Язык описания устройства |
| Device Description | A program file written in the HART Device Description Language (DDL) that contains an electronic description of all of a device’s parameters and functions needed by a host application to communicate with the device | Описание устройства | Программный файл, написанный на Языке описания устройства HART (DDL), который содержит электронное описание параметров и функций прибора, необходимых программе управляющей системы для коммуникации с прибором |
| Device Description Language | A standardized programming language used to write DDs for HART-compatible field devices | Язык описания устройства | Стандартизованный язык программирования, используемый для написания описания устройств для HART-совместимых полевых устройств |
| Distributed Control System | Instrumentation (input/output devices, control devices, and operator interface devices) that permits transmission of control, measurement, and operating information to and from user-specified locations, connected by a communication link | Распределенная система управления | Аппаратура (приборы ввода/вывода, контрольные приборы и операционные устройства), которая позволяет передавать и принимать контрольную, измерительную и текущую информацию из местоположения, определяемого пользователем, которое подсоединено к каналу связи |
| Field | The area of a process plant outside the control room where measurements are made, and to and from which communication is provided; a part of a message devoted to a particular function (e.g., the address field or the command field) | Поле | Территория производственного предприятия, обеспеченная двусторонней связью, не включающая контрольное помещение, где проводятся измерения. Часть общей задачи, посвященная конкретной функции (напр., поле адреса, поле команд) |
| Field Device | A device generally not found in the control room; field devices may generate or receive an analog signal in addition to the HART digital communication signal | Полевое устройство | Устройство, которое обычно отсутствует в контрольном помещении. Полевое устройство может выдавать или принимать аналоговый сигнал в дополнение к цифровому сигналу HART коммуникации |
| Frequency Shift Keying | Method of modulating digital information for transmission over paths with poor propagation characteristics; can be transmitted successfully over telephone systems | Частотная модуляция | Метод модуляции цифровой информации для передачи по линиям с низкими показателями передачи информации. Можно успешно передавать посредством телефонных линий |
| FSK | See Frequency Shift Keying. | FSK | См. Частотная модуляция |
| Gateway | A network device that enables other devices on the network to communicate with a second network using a different protocol | Межсетевое устройство | Сетевое устройство, позволяющее другим устройствам в сети общаться со второй сетью, используя отличающийся протокол |
| HART Command Set | A series of commands that provide uniform and consistent communication for all master and slave devices; includes universal, common practice, and device-specific commands | Набор HART-команд | Серия команд, обеспечивающая единообразную и последовательную связь для всех управляющих и подчиненных устройств. Включает универсальные, а также специальные команды |
| HART Communication Protocol | Highway Addressable Remote Transducer communication protocol; the industry standard protocol for digitally enhanced 4–20mA communication with smart field devices | Протокол HART коммуникации | Протокол HART (магистральный адресуемый дистанционный датчик). |
| HART Loop | A communication network in which the master and slave devices are HART smart or HART compatible | HART контур | Коммуникационная сеть, в которой управляющее и подчиненное устройства являются интеллектуальными устройствами HART или HART-совместимыми устройствами |
| Host Application | A software program used by the control center to translate information received from field devices into a format that can be used by the operator | Программа управляющей системы | Программное обеспечение, используемое диспетчерским центром для перевода информации, полученной от полевых устройств, в формат, который может быть использован оператором |
| Interoperability | The ability to operate multiple devices, independent of manufacturer in the same system, without loss of functionality | Функциональная совместимость | Возможность работать с приборами различных производителей в одной системе без потери функциональности |
| Intrinsic Safety | A certification method for use of electrical equipment in hazardous (e.g., flammable) environments; a type of protection in which a portion of an electrical system contains only intrinsically safe equipment that is incapable of causing ignition in the surrounding environment | Искробезопасность | Метод сертификации, который применяется для электрооборудования, применяемого в опасных (например, огнеопасных) средах. Тип защиты, в котором часть электрической системы содержит только искробезопасное оборудование, которое предотвращает возгорание в окружающей среде |
| Intrinsic Safety Barrier | A network or device designed to limit the amount of energy available to the protected circuit in a hazardous location | Барьер искробезопасности | Сеть или устройство, созданные для ограничения объема подаваемой энергии на защищенную цепь в опасном участке |
| IS | See Intrinsic Safety. | IS | См. Искробезопасность |
| Master Device | A device in a master-slave system that initiates all transactions and commands (e.g., central controller) | Управляющее устройство | Устройство в системе «главный-подчиненный», которое инициирует все транзакции и команды (например, центральный пульт управления) |
| Master-Slave Protocol | Communication system in which all transactions are initiated by a master device and are received and responded to by a slave device | Протокол, построенный по принципу «главный-подчиненный» | Коммуникационная система, в которой все транзакции инициируются управляющим устройством, при этом подчиненное устройство принимает и реагирует на них |
| Miscellaneous Series Impedance | The summation of the maximum impedance (500 Hz–10 kHz) of all devices connected in series between two communicating devices; a typical nonintrinsically safe loop will have no miscellaneous series impedance | Общий последовательный импеданс | Суммирование максимального импенданса (500 Hz–10 kHz) всех приборов, подсоединенных между двумя коммуникационными приборами. Обычный неискробезопасный контур не будет обладать общим последовательным импендансом |
| Modem | Modulator/demodulator used to convert HART signals to RS232 signals | Модем | Модулятор/демодулятор, используемый для преобразования сигналов HART в сигналы RS232 |
| Multidrop Network | HART communication system that allows more than two devices to be connected together on a single cable; usually refers to a network with more than one slave device | Многоточечная сеть | HART коммуникационная система, позволяющая подсоединять более двух устройств на один кабель. Обычно относится к сети с двумя и более подчиненными устройствами |
| Multimaster | Multimaster refers to a communication system that has more than one master device. The HART protocol is a simple multimaster system allowing two masters; after receiving a message from a slave device, the master waits for a short time before beginning another transmission, which gives the second master time to initiate a message | Мультимастер | Мультимастер относится к коммуникационной системе, в которой есть более одного управляющего устройства. HART протокол — это простая система мультимастер с возможностью включения двух управляющих устройств. Получив сообщение от подчиненного устройства, управляющее устройство выжидает определенный промежуток времени, прежде чем начать следующую передачу, что дает второму управляющему устройству время для инициации сообщения |
| Multiplexer | A device that connects to several HART loops and allows communication to and from a host application | Мультиплексор | Устройство, соединяющее несколько HART контуров и позволяющее программе управляющей системы принимать и отсылать информацию |
| Multivariable Instrument | A field device that can measure or calculate more than one process parameter (e.g., flow and temperature) | Многопараметрический измерительный прибор | Полевое устройство, способное измерять и подсчитывать более одного параметра процесса (например, расход и температуру) |
| Network | A series of field and control devices connected together through a communication medium | Сеть | Набор полевых и контрольных приборов, соединенных посредством коммуникационной среды |
| Parallel Device Capacitance | The summation of the capacitance values of all connected devices in a network | Емкость устройств с параллельным интерфейсом | Суммирование величины емкости всех присоединенных устройств в сети |
| Parallel Device Resistance | The parallel combination of the resistance values of all connected devices in the network; typically, there is only one low-impedance device in the network, which dominates the parallel device-resistance value | Сопротивление устройств с параллельным интерфейсом | Параллельная комбинация величин сопротивления всех подсоединенных устройств в сети. Обычно, в сети существует одно устройство с небольшим импедансом, которое преобладает в величине сопротивления устройств с параллельным интерфейсом |
| Passthrough | A feature of some systems that allows HART protocol send-and-receive messages to be communicated through the system interface | Транзитная передача | Свойство некоторых систем, которое позволяет HART протоколу отсылать и принимать входящие и исходящие сообщения через системный интерфейс |
| PID | Proportional-integral-derivative | ПИД | Пропорционально-интегральный-производный |
| PID Control | Proportional-plus-integral-plus-derivative control; used in processes where the controlled variable is affected by long lag times | ПИД регулирование | Пропорциональное плюс интегральное плюс производное регулирование. Используется в процессах, где контролируемая переменная подвержена длительному времени задержки |
| Point-to-Point | A HART protocol communication mode that uses the conventional 4–20mA signal for analog transmission, while measurement, adjustment, and equipment data are transferred digitally; only two communicating devices are connected together | Двухточечный | Способ коммуникации HART протокола, который использует обычный сигнал 4–20mA для аналоговой передачи данных, в то время как измерения, настройка и данные оборудования передаются в цифровом виде. Между собой подсоединены только два коммуникационных устройства |
| Polling | A method of sequentially observing each field device on a network to determine if the device is ready to send data | Опрос | Метод последовательного наблюдения за каждым полевым прибором в сети для определения его готовности отсылать данные |
| Polling Address | Every HART device has a polling address; address 0 is used for point-to-point networks; addresses 1–15 are used in multidrop networks | Адрес опроса | У каждого устройства HART есть адрес опроса. Адрес 0 используется в двухточечных сетях; Адреса 1-15 |
| Process Variable | A process parameter that is being measured or controlled (e.g., level, flow, temperature, mass, density, etc.) | Переменная процесса | Параметр процесса, который измеряется или контролируется (например, уровень, расход, температура, масса, плотность и т.д.) |
| Protocol | A set of rules to be used in generating or receiving a message | Протокол | Система правил, используемая для создания или получения сообщения |
| PV | See Process Variable. | ПП | См. Переменная процесса |
| Remote Terminal Unit | A self-contained control unit that is part of a SCADA system | Дистанционный терминал / Пульт дистанционного управления | Автономное устройство управления, являющееся частью СКАДА системы |
| RTU | See Remote Terminal Unit. | RTU | См. Дистанционный терминал / Пульт дистанционного управления |
| SCADA | See Supervisory Control and Data Acquisition. | СКАДА | См. Система диспетчерского контроля и сбора данных |
| Slave Device | A device (e.g., transmitter or valve) in a master-slave system that receives commands from a master device; a slave device cannot initiate a transaction | Подчиненное устройство | Устройство (например, датчик или клапан) в системе «управляющее-подчиненное», которое принимает команды от управляющего устройства. Подчиненное устройство не может инициировать транзакцию |
| Smart Instrumentation | Microprocessor-based instrumentation that can be programmed, has memory, is capable of performing calculations and self-diagnostics and reporting faults, and can be communicated with from a remote location | Интеллектуальные средства измерения | Микропроцессорные программируемые приборы, имеющие память и способные выполнять расчеты, проводить самодиагностику, сообщать об ошибках, а также к ним можно обращаться удаленно |
| Supervisory Control and Data Acquisition | A control system using communications such as phone lines, microwaves, radios, or satellites to link RTUs with a central control system | Система диспетчерского контроля и сбора данных | Система контроля, использует средства связи, такие как телефонные линии, микроволны, радиоволны или спутники соединяют дистанционный терминал / пульт дистанционного управления с центральной контрольной системой |
| Zener | Type of shunt-diode barrier that uses a high-quality safety ground connection to bypass excess energy | Стабистор | Барьер шунтирующего диода, который использует высококачественное соединение защитного заземления для отвода излишней энергии |
sdv-set.ru