3. HART

Протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer), разработанный фирмой Rosemount Inc. в середине 80-х годов, реализует известный стандарт BELL 202 FSK (Frequency Shift Keying), основанный на 4 20мА-технологии

HART протокол используется в двух режимах подключения.

В большинстве случаев применяется соединение «точка точка» (рис. 1 а), то есть непосредственное соединение прибора низовой автоматики (преобразователя информации, датчика, исполнительного устройства и т.п.) и не более чем двух ведущих устройств.

.

Схема взаимоотношений между узлами сети основана на принципе MASTER/SLAVE. В HART-сети может присутствовать до 2 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 организация. Для передачи данных по сети используются два режима:

1) асинхронный: по схеме "MASTER-запрос\SLAVE-ответ" (один цикл укладывается в 500 мс);

2) синхронный: пассивные узлы непрерывно передают свои данные MASTER-узлу (время обновления данных в MASTER-узле за 250-300 мс).

В многоточечном режиме (рис. 1 б) до 15 ведомых устройств (slave) могут соединяться параллельно двухпровод ной линией с теми же двумя ведущими устройствами (master). При этом по линии осуществляется только цифровая связь. Сигнал постоянного тока 4 мА обеспечивает вспомогательное питание ведомых приборов по сигнальным линиям. Типовые HART компоненты и схема их подключения показаны на рис.

За одну посылку один узел может передать другому до 4 технологических переменных, а каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние. Контроль корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.

Стандарт для передачи аналоговых сигналов значениями тока в диапазоне 4 20 мА известен уже несколько десятков лет и широко используется при со здании систем АСУ ТП, в химической индустрии, теплоэнергетике, в пище вой и многих других отраслях промыш ленности. Традиционно для измерения различных физических величин (дав ления, объема, температуры и т.д.) предлагается множество приборов с токовым выходом 4 20 мА. Достоинством данного стандарта является простота его реализации, массовое ис пользование в приборах и возможность помехоустойчивой передачи аналогового сигнала на относительно большие расстояния. Однако при создании нового поколения интеллектуальных приборов и датчиков потребовалось наряду с передачей аналоговой информации передавать и цифровые данные, соответствующие их новым расширен ным функциональным возможностям. В середине 80 х годов американская компания Rosemount разработала протокол Highway Addressable Remote Transducer (HART). В начале 90 х годов протокол был дополнен и стал открытым коммуникационным стандартом . Вначале он был нормирован только для применения в режиме соединения «точка точка», затем появилась возможность применять протокол в режиме многоточечного соединения («mul tidrop»).

HART протокол основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции (Frequency Shift Keying, FSK), в соответствии с широко распространенным коммуникационным стандартом Bell 202. Цифровая информация передаётся частотами 1200 Гц (логическая 1) и 2200 Гц (логичес кий 0), которые накладываются на аналоговый токовый сигнал (рис. 3). Частотно модулированный сигнал является двухполярным и при применении соответствующей фильтрации не влияет на основной аналоговый сигна л 4 20 мА. Скорость передачи данных для HART составляет 1,2 кбит/с.

Благодаря наличию двух ведущих устройств каждое из них 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 непрерывными процессами.

Важнейшим условием для передачи HART сигналов является то, что нагрузка в общей цепи коммуникационного канала должна быть в пределах 230...1100 Ом. В противном случае возникает несоответствие допустимым качестве первичного ведущего устройства, как правило, используется устройство связи с объектом (УСО) или программируемый логический контроллер, а в качестве вторичного — портативный HART терминал или отладочный ПК с соответствующим модемом. При этом аналоговый токовый сигнал передается от ведомого прибора к соответствующему ведущему устройству. Цифровые сигналы могут приниматься или передаваться как от ведущего, так и от ведомого устройства. Так как цифровой сигнал наложен на аналоговый, процесс передачи аналогового сигнала происходит без прерывания.