Обзор протокола связи HART
HART (Highway Addressable Remote Transducer, магистральный адресуемый удаленный преобразователь) — это открытый протокол связи, представленный американской компанией Rosemount в 1985 году для обмена данными между полевыми интеллектуальными приборами и оборудованием диспетчерской.
Устройства HART обеспечивают связь с относительно низкой пропускной способностью и умеренным временем отклика. За более чем десятилетие развития технология HART стала достаточно зрелой за рубежом и превратилась в глобальный промышленный стандарт для интеллектуальных приборов.
Принцип работы протокола HART
FSK-сигнал на основе стандарта Bell202
Протокол HART использует FSK-сигнал (частотная манипуляция) на основе стандарта Bell202. Он накладывает аудио-цифровой сигнал амплитудой 0,5 мА на низкочастотный аналоговый сигнал 4-20 мА, обеспечивая двунаправленную цифровую связь.
Поскольку среднее значение FSK-сигнала равно нулю, он не влияет на величину аналогового сигнала, передаваемого в систему управления, что гарантирует совместимость с существующими аналоговыми системами.
Совместная работа аналогового и цифрового сигналов
В связи по протоколу HART основные переменные и управляющая информация передаются посредством сигнала 4-20 мА. При необходимости другие измерения, параметры процесса, конфигурация устройства, калибровка и диагностическая информация доступны через протокол HART.
Полудуплексный режим связи
Связь HART использует полудуплексный режим, особенностью которого является передача цифрового сигнала по существующей линии аналогового сигнала. Это переходный продукт в процессе перехода от аналоговых систем к цифровым, поэтому в текущий переходный период он обладает высокой конкурентоспособностью на рынке и получил быстрое развитие.
Типы команд HART
HART определяет ряд команд, работающих по командному принципу. Существует три типа команд:
- Универсальные команды: команды, которые понимают и выполняют все устройства.
- Команды общего поведения: функции, которые могут быть реализованы во многих (хотя и не во всех) полевых устройствах; эти команды включают наиболее часто используемую библиотеку функций полевых устройств.
- Команды специальных устройств: предназначены для реализации особых функций в некоторых устройствах; такие команды могут быть как открытыми для использования в фонде, так и являться собственностью компании, разработавшей данную команду.
В одном полевом устройстве обычно можно обнаружить одновременное присутствие всех трех типов команд.
Язык описания устройств DDL
HART использует единый язык описания устройств DDL. Разработчики полевых устройств используют этот стандартный язык для описания характеристик устройств. Фонд HART отвечает за регистрацию и управление этими описаниями устройств и составляет из них словарь описаний устройств.
Главное устройство использует технологию DDL для понимания характеристических параметров этих устройств без необходимости разработки специализированных интерфейсов для каждого из них. Однако из-за этой смешанной аналого-цифровой сигнальной системы трудно разработать микросхему интерфейса связи, удовлетворяющую требованиям различных компаний.
Ключевые преимущества протокола HART
- Возможность питания от шины, соответствие требованиям искробезопасности.
- Возможность создания двухглавой системы, в которой главными устройствами являются ручной программатор и главный компьютер системы управления.
- Совместимость с существующими аналоговыми системами 4-20 мА, защита существующих инвестиций.
Таблица ключевых параметров протокола HART
| Параметр | Спецификация |
|---|---|
| Метод модуляции | FSK частотная манипуляция (стандарт Bell202) |
| Аналоговый сигнал | 4-20 мА |
| Амплитуда цифрового сигнала | 0,5 мА |
| Режим связи | полудуплексный |
| Типы команд | универсальные, общего поведения, специальные устройства |
| Описание устройства | DDL (язык описания устройств) |
Заключение
Протокол HART, являясь глобальным промышленным стандартом в области интеллектуальных приборов, посредством технологии FSK накладывает цифровую связь на аналоговый сигнал 4-20 мА, сочетая совместимость с аналоговыми системами и гибкость цифровой связи. Его трехкомандная система и язык описания устройств DDL обеспечивают прочную основу для интероперабельности полевых устройств. Для инженерно-технических специалистов и специалистов по закупкам понимание ключевых механизмов протокола HART помогает принимать более обоснованные решения по выбору приборов и системной интеграции в переходный период.