Выходной сигнал hart. HART протокол цифровой передачи данных приборов КИПиА
Гавин Бакши, Одри Дейриен (Texas Instruments)
Устройства связи в системах промышленной автоматизации позволяют передавать данные, команды и другую информацию для оптимизации управления технологическим процессом и автоматизации производства. Обслуживающему персоналу затруднительно следить за всем оборудованием на заводе – это бы существенно снизило производительность.
Один из способов автоматического контроля промышленного оборудования – это использование токовой петли 4…20 мА. Первичная переменная (PV) передается как значение тока в диапазоне 4…20 мА в двухпроводной линии с питанием датчика по тем же двум проводам. Недостаток этого метода заключается в том, что вы можете контролировать только одну переменную. Протокол Скоростного адресного доступа к удаленному преобразователю (Highway Addressable Remote Transducer, HART) дает возможность передавать больше информации по той же двухпроводной системе. Протокол HART является распространенным методом связи в промышленной автоматизации на протяжении уже многих лет. Рассмотрим, работу HART, но сперва вспомним, как возник этот метод.
В конце 1990-х годов в телекоммуникации был принят стандарт Bell 202 для передачи информации о вызывающем абоненте в линии голосового сигнала. Частотная манипуляция сигнала (FSK) в звуковом диапазоне, которая использует модулированные тоны для передачи цифрового сигнала, передает цифровую информацию, содержащую номер телефона. Передача данных со скоростью 1200 бит/сек с использованием тональных частот 1200 и 2200 Гц, представляющих двоичный «1» или «0» соответственно, показана на рисунке 1.
Информация о вызывающем абоненте не создает помехи голосовому сигналу, так что вся она может передаваться по одной и той же физической линии. Внедрение способа “Bell 202 FSK” позволило еще до снятия трубки на принимающей стороне отправлять большой объем данных, который может быть выделен и использован для передачи информации номера вызывающего абонента. После того как трубка телефона поднята, передача сигнала FSK прекращается, и голосовой сигнал будет принят и передан на динамик телефонной трубки.
В примере с передачей информации о вызывающем абоненте речевой сигнал представляет собой первичную переменную (PV). Аналогичным образом в промышленных приложениях сигнал, который должен постоянно контролироваться, известен как основное измеряемое значение. Основным измеряемым значением может быть температура или уровень давления, измеряемые в промышленных установках.
Модем HART модулирует и демодулирует сигнал с использованием FSK таким же образом, как и система передачи Bell 202. Теперь возможно передавать цифровые данные, к примеру, идентификацию датчика или устройства, данные калибровки или другую диагностическую информацию по той же двухпроводной петле, по которой передается и сигнал постоянного тока 4…20 мА. Такая система обычно называется «гибридной», поскольку она сочетает в себе как цифровые, так и аналоговые сигналы. На рисунке 2 показаны аналоговый сигнал и наложенный цифровой сигнал.
Протокол HART имеет два основных режима работы: «точка-точка» и режим множественного доступа. В режиме «точка-точка» имеется одно ведущее устройство и одно ведомое. Преимущество этого режима заключается в том, что цифровые данные легко передаются по существующей линии 4…20 мА, что обеспечивает более детальный мониторинг устройства по существующей инфраструктуре сетей связи. В режиме множественного доступа к одной линии присоединяется несколько ведущих и ведомых устройств, поэтому могут передаваться только данные протокола HART FSK, а постоянный ток в линии фиксируется на уровне 4 мА. Режим множественного доступа может быть полезен, если много вынесенных устройств обменивается данными с единой системой управления, но в этом случае постоянный ток интерфейса «токовая петля» не может быть использован для непрерывного отслеживания основного измеряемого значения.
HART – это гибкий способ коммуникации для различных приложений промышленной автоматизации. Сам метод предлагает множество преимуществ, которые снижают стоимость, упрощают проектирование и обеспечивают такие результаты, как:
- передача (сопутствующей) цифровой информации без прерывания основного аналогового сигнала;
- простая реализация с использованием существующей двухпроводной инфраструктуры 4…20 мА;
- гибкие способы работы для удовлетворения потребностей различных систем.
Семейство микросхем DAC8740H производства компании Texas Instruments объединяет модем HART вместе со всеми сопутствующими компонентами, такими как источник опорного напряжения и генератор, что облегчает встраивание в готовую систему.
Продолжение темы читайте в статье «Передатчики стандарта HART».
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 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 . На март 2009 года доступна спецификация версии HART 7.2, поддерживающая технологию беспроводной передачи данных.
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.
Описание протокола
Физический уровень
Wired HART
HART over IP
Формат фрейма
Напишите отзыв о статье "HART-протокол"
Примечания
Ссылки
- - временные диаграммы, структура сообщений и т. д.
|
||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий HART-протокол
Николай обещал и опять покраснел, когда откланивался Мальвинцевой. При упоминании о княжне Марье Ростов испытывал непонятное для него самого чувство застенчивости, даже страха.Отходя от Мальвинцевой, Ростов хотел вернуться к танцам, но маленькая губернаторша положила свою пухленькую ручку на рукав Николая и, сказав, что ей нужно поговорить с ним, повела его в диванную, из которой бывшие в ней вышли тотчас же, чтобы не мешать губернаторше.
– Знаешь, mon cher, – сказала губернаторша с серьезным выражением маленького доброго лица, – вот это тебе точно партия; хочешь, я тебя сосватаю?
– Кого, ma tante? – спросил Николай.
– Княжну сосватаю. Катерина Петровна говорит, что Лили, а по моему, нет, – княжна. Хочешь? Я уверена, твоя maman благодарить будет. Право, какая девушка, прелесть! И она совсем не так дурна.
– Совсем нет, – как бы обидевшись, сказал Николай. – Я, ma tante, как следует солдату, никуда не напрашиваюсь и ни от чего не отказываюсь, – сказал Ростов прежде, чем он успел подумать о том, что он говорит.
– Так помни же: это не шутка.
– Какая шутка!
– Да, да, – как бы сама с собою говоря, сказала губернаторша. – А вот что еще, mon cher, entre autres. Vous etes trop assidu aupres de l"autre, la blonde. [мой друг. Ты слишком ухаживаешь за той, за белокурой.] Муж уж жалок, право…
– Ах нет, мы с ним друзья, – в простоте душевной сказал Николай: ему и в голову не приходило, чтобы такое веселое для него препровождение времени могло бы быть для кого нибудь не весело.
«Что я за глупость сказал, однако, губернаторше! – вдруг за ужином вспомнилось Николаю. – Она точно сватать начнет, а Соня?..» И, прощаясь с губернаторшей, когда она, улыбаясь, еще раз сказала ему: «Ну, так помни же», – он отвел ее в сторону:
– Но вот что, по правде вам сказать, ma tante…
– Что, что, мой друг; пойдем вот тут сядем.
Николай вдруг почувствовал желание и необходимость рассказать все свои задушевные мысли (такие, которые и не рассказал бы матери, сестре, другу) этой почти чужой женщине. Николаю потом, когда он вспоминал об этом порыве ничем не вызванной, необъяснимой откровенности, которая имела, однако, для него очень важные последствия, казалось (как это и кажется всегда людям), что так, глупый стих нашел; а между тем этот порыв откровенности, вместе с другими мелкими событиями, имел для него и для всей семьи огромные последствия.
– Вот что, ma tante. Maman меня давно женить хочет на богатой, но мне мысль одна эта противна, жениться из за денег.
– О да, понимаю, – сказала губернаторша.
– Но княжна Болконская, это другое дело; во первых, я вам правду скажу, она мне очень нравится, она по сердцу мне, и потом, после того как я ее встретил в таком положении, так странно, мне часто в голову приходило что это судьба. Особенно подумайте: maman давно об этом думала, но прежде мне ее не случалось встречать, как то все так случалось: не встречались. И во время, когда Наташа была невестой ее брата, ведь тогда мне бы нельзя было думать жениться на ней. Надо же, чтобы я ее встретил именно тогда, когда Наташина свадьба расстроилась, ну и потом всё… Да, вот что. Я никому не говорил этого и не скажу. А вам только.
Губернаторша пожала его благодарно за локоть.
– Вы знаете Софи, кузину? Я люблю ее, я обещал жениться и женюсь на ней… Поэтому вы видите, что про это не может быть и речи, – нескладно и краснея говорил Николай.
– Mon cher, mon cher, как же ты судишь? Да ведь у Софи ничего нет, а ты сам говорил, что дела твоего папа очень плохи. А твоя maman? Это убьет ее, раз. Потом Софи, ежели она девушка с сердцем, какая жизнь для нее будет? Мать в отчаянии, дела расстроены… Нет, mon cher, ты и Софи должны понять это.
Николай молчал. Ему приятно было слышать эти выводы.
– Все таки, ma tante, этого не может быть, – со вздохом сказал он, помолчав немного. – Да пойдет ли еще за меня княжна? и опять, она теперь в трауре. Разве можно об этом думать?
– Да разве ты думаешь, что я тебя сейчас и женю. Il y a maniere et maniere, [На все есть манера.] – сказала губернаторша.
– Какая вы сваха, ma tante… – сказал Nicolas, целуя ее пухлую ручку.
Приехав в Москву после своей встречи с Ростовым, княжна Марья нашла там своего племянника с гувернером и письмо от князя Андрея, который предписывал им их маршрут в Воронеж, к тетушке Мальвинцевой. Заботы о переезде, беспокойство о брате, устройство жизни в новом доме, новые лица, воспитание племянника – все это заглушило в душе княжны Марьи то чувство как будто искушения, которое мучило ее во время болезни и после кончины ее отца и в особенности после встречи с Ростовым. Она была печальна. Впечатление потери отца, соединявшееся в ее душе с погибелью России, теперь, после месяца, прошедшего с тех пор в условиях покойной жизни, все сильнее и сильнее чувствовалось ей. Она была тревожна: мысль об опасностях, которым подвергался ее брат – единственный близкий человек, оставшийся у нее, мучила ее беспрестанно. Она была озабочена воспитанием племянника, для которого она чувствовала себя постоянно неспособной; но в глубине души ее было согласие с самой собою, вытекавшее из сознания того, что она задавила в себе поднявшиеся было, связанные с появлением Ростова, личные мечтания и надежды.
Полевой коммуникационный протокол HART широко применяется в промышленности как стандарт для цифровой коммуникации со "smart"-приборами. Его особенность в том, что он использует для передачи цифровых данных низкоуровневую модуляцию, наложенную на аналоговый сигнал 4-20 mA (токовая петля), который сейчас широко используется для таких измерений. Поскольку сигнал HART-протокола несущественный, и составлен из синусоидальных колебаний, то он оказывает минимальное влияние на точность несущего аналогового сигнала, который поэтому тоже может использоваться. Это свойство обеспечивает взаимозаменяемость с существующими системами, при расширении оных для возможности получения нескольких переменных процесса, для конфигурации, проверки статуса, диагностики устройств, и так далее.
Структура сообщений протокола, наборы команд.
Набор команд HART организован в три группы и обеспечивает доступ для чтения/записи широкого массива информации, доступной в полевых устройствах.
Универсальные команды обеспечивают доступ к основной информации, например, производитель, модель, порядковый номер, дескриптор(строка-описатель), пределы измерений, переменные процесса. Все устройства HART должны поддерживать универсальные команды.
Общие практичные команды обеспечивают доступ к функциям, которые могут поддерживаться многими устройствами, но не всеми.
Специфические команды устройства обеспечивают доступ к функциям, которые, возможно, уникальны и поддерживаются только данным устройством.
"Master-slave"
HART - протокол типа "Master-slave", это значит, что обмен инициируется только мастер-устройством, слэйв-устройства отвечают только тогда, когда получают на свой адрес запрос. Ответ слэйв-устройства означает, что команда успешно получена, и содержит данные, запрошенные мастером. Протокол HART позволяет иметь два активных master-устройства в системе - primary и secondary. Два master-устройства имеют различные адреса, таким образом они могут идентифицировать ответы на свои команды.
Монопольный режим (burst mode)
Чтобы достичь высокой скорости передачи данных, некоторые устройства позволяют переход в так называемый монопольный режим, или burst mode. При этом устройство начинает посылать запрошенные данные непрерывно, с некоторым интервалом (необходимым для возможности посылки команды, отключающей монопольный режим - команды #107,#108,#109 ). В общем случае монопольный режим может быть полезен только при подключении одного устройства к паре проводов - только одно устройство на токовой петле может быть в монопольном режиме.
Кодировка символов и скорость передачи
HART-сообщения кодируются сериями 8-битных символов, или байтов. Они передаются последовательно, согласно конвенции UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), с добавлением стартового бита, бита контроля нечетности (parity = odd) и стопового бита. Скорость передачи данных определяется стандартом Bell 202 и равна 1200 bps. Т.е. настройки порта - 1200 bps, 8 bits, odd, 1 stop.
Формат сообщений HART
Преамбула состоит из 5-20 байт FF (все еденицы). Это позволяет приемнику синхронизировать частоту сигнала и входящий поток байт.
Стартовый байт в HART-сообщениях может принимать несколько возможных значений, определяющих формат используемого фрейма, источник сообщения, и режим передачи (нормальный или монопольный). Ниже приведены возможные значения:
При ожидании сообщения устройства-приемники слушают линию до прихода одного из этих байт после как минимум двух байт FF. Это означает начало сообщения.
Поле адреса включает оба адреса master- и slave-устройств. Они могут состоять из 1 байта (короткий фрейм - short frame format) или из 5 байт (длинный фрейм - long frame format). В обоих фреймах адрес master-устройства занимает 1 первый бит (primary - 1; secondary - 0). Адрес slave-устройства занимает остальные биты. В коротком фрейме адрес slave-устройства - от 0 до 15 - так называемый polling address. В длинном фрейме polling address не используется, вместо него остающиеся биты заполняет уникальный идентификатор slave-устройства, используемый как адрес. Если эти биты запонить нулями, получится широковещательный адрес, такое сообщение получат все устройства. Это возможно только в случае если данные в сообщении однозначно определяют какое устройство должно ответить.
Командный байт - целое число в диапазоне от 0 до 253 (0xFD), представляет собой одну из HART-команд. Полученный командный код передается и обратно при ответе slave-устройства.
Счетчик байт - количество байт в данном сообщении (статус и данные, контрольная сумма не включается). Приемник использует его для идентификации байта контрольной суммы и того, что все сообщение получено. Рассчитывается как сумма количества байт полей статуса и данных. Из-за лимита поля данных в 25 байт счетчик байт может принимать значения от 0 до 27.
Поле статуса включается только в сообщения-ответы от slave-устройства. Оно состоит из 2 байт, сообщающих о ошибках коммуникации, статусе полученного сообщения (такие как устройство занято или не распознало команду) и оперативном состоянии slave-устройства.
Поле данных. Не все команды и ответы содержат поле данных. Максимальная длина поля - 25 байт (хотя это жестко и не оговаривается в спецификации HART). Данные могут быть в форме целых чисел без знака, чисел с плавающей точкой (IEEE754) или строк символов ASCII. Число байт и формата данных, используемых для каждого элемента, указывается для каждой команды.
Байт контрольной суммы рассчитывается как продольная четность байт ("longitudinal parity"), предшествующих ему начиная со стартового байта включительно. Используется для проверки целостности передачи.
Формат поля статуса
Байт 1 - статус полевых устройств
Байт 2 - ошибки соединения
Описание универсальных команд HART
КОМАНДА #0 ЧТЕНИЕ УНИКАЛЬНОГО ИДЕНТИФИКАТОРА Это команда из категории управления канального уровня. Возвращает расширенный код типа устройства, номера версий и идентификационный номер устройства.
КОМАНДА #1 ЧТЕНИЕ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ Чтение Первичной Переменной (ПП). ПП возвращается в формате с плавающей запятой.
КОМАНДА #2 ЧТЕНИЕ ПП КАК ВЕЛИЧИНЫ ТОКА И В ПРОЦЕНТАХ ОТ ДИАПАЗОНА Чтение Первичной Переменной как величины тока в миллиамперах и в процентах от диапазона. Величина ПП в миллиамперах всегда равна текущему значению Аналогового Выхода устройства включая состояние алармов и другие настройки. Величина ПП в процентах от диапазона всегда идет следом, даже если токовое значение ПП находится в состоянии аларма или зафиксировано на определенном значении. Кроме того, величина в процентах от диапазона не ограничена пределами между 0% и 100%, а отслеживает значение ПП за пределами заданной шкалы но в пределах границ измерения сенсора, если они заданы.
КОМАНДА #3 ЧТЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ И ТОКОВОГО ЗНАЧЕНИЯ ПП Чтение величины тока, отражающего значение ПП, и до четырех предопределенных Динамических Переменных. Токовое значение ПП всегда отражает величину Аналогового Выхода устройства включая состояние алармов и другие настройки. Содержание Вторичной, Третьей и Четвертой Переменных зависит от типа устройства (например, Вторичная Переменная для датчика давления 3051 показывает температуру измерительной ячейки датчика).
КОМАНДА #4 ЗАРЕЗЕРВИРОВАНО
КОМАНДА #5 ЗАРЕЗЕРВИРОВАНО
КОМАНДА #6 ЗАПИСЬ АДРЕСА УСТРОЙСТВА Это команда из категории управления канального уровня. Записывает адрес в полевое устройство. Адрес используется для управления Аналоговым Выходом Первичной Переменной и является средством идентификации при работе нескольких устройств на одной шине.
КОМАНДА #11 ЧТЕНИЕ УНИКАЛЬНОГО ИДЕНТИФИКАТОРА АССОЦИИРОВАННОГО С ТЭГОМ Это команда из категории управления канального уровня. Возвращает Расширенный код типа устройства, номера версий, и идентификационный номер устройства содержащий заданный тэг. Она будет выполнена, когда будут получены Расширенный адрес или Широковещательный адрес. Расширенный адрес в ответном сообщении это тоже самое что и запрос.
КОМАНДА #12 ЧТЕНИЕ СООБЩЕНИЯ Читает Сообщение, содержащееся в устройстве.
КОМАНДА #13 ЧТЕНИЕ ТЭГА, ОПИСАТЕЛЯ, ДАТЫ Читает Тэг, Описатель и Дату, содержащиеся в устройстве.
КОМАНДА #14 ЧТЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ СЕНСОРА ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ Читает Серийный Номер Сенсора Первичной Переменной Процесса, минимальную и максимальную шкалу измерения сенсора, и код единиц измерения для этих величин.
КОМАНДА #15 ЧТЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ О ВЫХОДНОМ СИГНАЛЕ ПО ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ Читает код аларма ПП, код функции преобразования ПП, код единиц диапазона ПП, верхнюю границу диапазона ПП, нижнюю границу диапазона ПП, величину демпфирования ПП, код защиты от записи, и код метки продавца, ассоциированный с устройством или Первичной Переменной.
КОМАНДА #16 ЧТЕНИЕ СБОРОЧНОГО НОМЕРА УСТРОЙСТВА Читает Сборочный Номер, принадлежащий этому устройством.
КОМАНДА #17 ЗАПИСЬ СООБЩЕНИЯ Записывает Сообщение в устройство.
КОМАНДА #18 ЗАПИСЬ ТЭГА, ОПИСАТЕЛЯ, ДАТЫ Записывает Тэг, Описатель и Дату в устройство.
КОМАНДА #19 ЗАПИСЬ СБОРОЧНОГО НОМЕРА УСТРОЙСТВА Записывает Сборочный Номер в устройство.
Формат универсальных команд HART (HART Revision 5)
Типы данных в таблице:
A ASCII string (packed 4 characters per 3 bytes) B Bit-mapped flags D Date (3 bytes: day, month, year-1900) F Floating point (4 bytes IEEE 754) H Integers xxxxx yyy (xxxxx = hardware revision, yyy = physical signalling code) Unmarked items are 8-, 16- or 24-bit integers (including enumerated code values).
HART-протокол (с английского Highway Addressable Remote Transducer - магистральный адресуемый удаленный преобразователь) - это промышленный цифровой протокол передачи данных разработанный в 1980 году фирмой Rosemount Inc. Позже Rosemount Inc. сделали протокол открытым.
Как работает HART-протокол?
HART-протокол использует принцип частотной модуляции для осуществления обмена дынными на скорости 1200 Бод. Он позволяет передавать одновременно аналоговый и цифровой сигнал, используя при этом одну и ту же пару проводов. Мало того, к одной паре проводов может быть подключено несколько устройств. Модулированный сигнал накладывают на токовую несущую аналоговой 4-20мА. Если совсем просто, то для передачи данных аналоговый сигнал суммируется с цифровым, а полученная сумма передается с помощью источника тока 4…20 мА по линии связи. За счет того, что диапазоны частот аналогового (0…10 Гц) и цифрового (1200 Гц и 2200 Гц) сигналов разительно отличаются, нет никакой проблемы в разделении этих составляющих с помощью фильтров низких и высоких частот. На сегодняшний день это решение является практически стандартом для промышленных датчиков. Для передачи логической единицы используется один полный период частоты 1200 Гц, а для передачи логического нуля - два неполных периода частотой 2200 Гц. HART-протокол использует 1-й, 2-й и 7-й уровни модели OSI.
Принцип модуляции сигнала.
Принцип работы HART-протокола на физическом уровне показан на схеме ниже. Передача данных осуществляется по принципу «ведущий-ведомый». Ведомое полевое устройство (датчик и т.п.) отвечает по запросу системы.
Физический уровень протокола.
Любое устройство поддерживающее HART-протокол содержит в себе микропроцессор с UART и ППЗУ (перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство). UART преобразовывает цифровой сигнал в непрерывную последовательность из двоичных слов длиной 11 бит каждое.
Прохождения сигнала.
Каждое слово начинается со стартового бита (логический ноль), за которым следует байт передаваемых данных, затем бит паритета и стоповый бит.
Структура сообщения HART-протокола.
Все устройства поддерживающее HART-протокола имеют свой уникальный адрес в сети. Изначально предусмотрено два вида адресов: короткий адрес (длиной 4 бита) и длинный адрес (длиной 38 бит).
Команды HART-протокола бывают трех типов: универсальные, общепринятые и специфические. Универсальные и общепринятые выполняют функции чтения и записи серийного номера, тега, дескриптора, даты и т.п. Специфические команды создаются изготовителем конкретного устройства.
Помимо прочего есть возможность использовать как среду передачи оптоволокно (Fiber Optic HART) и радиоканал (Wireless HART).
Несмотря на низкую скорость и существование более совершенных сетевых решений, HART-протокол завоевал большую популярность за счет высокой помехозащищённости, простоты и низкой стоимость монтажа, дешевизна оборудования.
HART- Протокол
Унифицированный сигнал 4 - 20 мА для передачи аналоговых сигналов известен несколько десятков лет и широко используется при создании САУ ТП в различных отраслях промышленности. Достоинством данного стандарта является простота его реализации, использование его во множестве приборов, возможность помехоустойчивой передачи аналогового сигнала на относительно большие расстояния. Однако при создании нового поколения интеллектуальных приборов и датчиков потребовалось наряду с аналоговой информацией передавать и цифровые данные, соответствующие их новым расширенным возможностям.
С этой целью американской компанией Rosemount был разработан протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer). HART-протокол основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции стандарта BELL 202 FSK, при этом цифровой сигнал накладывается на аналоговый токовый сигнал. Частотно-модулированный сигнал является двухполярным и при использовании соответствующей фильтрации не искажает основной аналоговый сигнал 4 - 20 мА.
Стандарт BELL 202 FSK - кодировка сигнала методом частотного сдвига для обмена данными на скорости 1200Бод. Сигнал накладывается на аналоговый измерительный сигнал 4 - 20мА. Поскольку среднее значение FSK сигнала равно 0, то он не влияет на аналоговый сигнал 4 - 20мА.
Схема взаимоотношения между узлами сети основана на принципе MasterSlave. В HART - сети может присутствовать до 2-х Master-узлов (обычно один). Второй Master, как правило, освобожден от поддержания циклов передачи и используется для организации связи, с какой либо системой контроля отображения данных. Стандартная топология - «звезда», но возможна и шинная топология. Для передачи данных по сети используются два режима:
Асинхронный: по схеме «Master - запрос/ Slave - ответ» (один цикл укладывается в 500мс);
Синхронный: пассивные узлы непрерывно передают свои данные мастер - узлу (время обновления данных в мастер - узле 250-300мс).
Рисунок 3.5 - Кодировка сигнала методом частотного сдвига
Основные параметры HART - протокола:
Длина полевой шины - 1,5км;
Скорость передачи данных - 1,2 Кб/с;
Число приборов на одной шине - до 16.
HART - протокол позволяет:
Проводить удаленную настройку датчиков на требуемый диапазон измерений через удаленную полевую шину;
Не подводить к датчикам отдельные линии электропитания и не иметь в них блоков питания (электропитание реализуется от блоков питания контроллеров через полевую шину);
Увеличить информационный поток между контроллером и приборами, при наличии самодиагностики в приборах передавать сообщения о неисправностях по полевой шине, а далее - оператору.
Протокол PROFIBUS
Задачи в области промышленной связи часто требуют разных решений. В одном случае необходим обмен сложными, длинными сообщениями со средней скоростью. В другом - требуется быстрый обмен короткими сообщениями с использованием упрощенного протокола обмена, например, с датчиками или исполнительными механизмами. В третьем случае необходима работа во взрыво- и пожароопасных условиях производства. PROFIBUS имеет эффективное решение для любого из этих случаев.
PROFIBUS - семейство промышленных сетей, обеспечивающее комплексное решение коммуникационных проблем предприятия. Под этим общим названием понимается совокупность трех различных, но совместимых протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA.
Рисунок 3.6 - Характеристики протокола PROFIBUS
Протокол PROFIBUS-FMS появился первым и был предназначен для работы на так называемом цеховом уровне. Основное его назначение - передача больших объемов данных. Протокол PROFIBUS-DP применяется для высокоскоростного обмена данными между программируемым логическим контроллером и распределенными устройствами связи с объектом. Физическая среда передачи - экранированная витая пара стандарта RS-485.
Скорость обмена прямо зависит от длины сети и варьируется от 100 кбит/с на расстоянии 1200 м до 12 Мбит/с на дистанции до 100 м. Взаимодействие узлов в сети определяется моделью «Master-Slave» (ведущий-ведомый). Master последовательно опрашивает подключенные узлы и выдает управляющие команды в соответствии с заложенной в него технологической программой. Протокол обмена данными гарантирует определенное время цикла опроса в зависимости от скорости обмена и числа узлов сети, что позволяет применять PROFIBUS в системах реального времени.
PROFIBUS-PA - это сетевой интерфейс, физическая среда передачи данных которого соответствует стандарту IEC 61158-2, может применяться для построения сети, соединяющей исполнительные устройства, датчики и контроллеры, расположенные непосредственно во взрывоопасной зоне.
Загрузка...
