цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

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

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

Автор: Mike(admin) от 13-05-2020, 23:55

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.


Что такое 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.


Принцип работы протокола HART: режим точка-точка

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.


Принцип работы протокола HART: режим Multi-Drop

Как правило, для обмена данными по протоколу HART одно устройство в сети, обычно распределенная система управления или ПЛК, должно быть обозначено как ведущее (Master), в то время как другие устройства, обычно полевые устройства, такие как датчики или исполнительные устройства, обозначаются как подчиненные или ведомые (Slave). Однако способ, которым подчиненные взаимодействуют с ведущим, зависит от режима связи, к которому настроена сеть. Сеть совместимых с протоколом HART устройств может быть настроена для связи в двух режимах, а именно: режим связи запрос-ответ и пакетно-монопольный (групповой) режим обмена данными (Burst mode).

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.


Что такое протокол 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.


WirelessHART

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.




© digitrode.ru


Теги: HART




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий