HART протокол

Введение

HART протокол является одним из коммуникационных протоколов, широко применяемых в промышленной автоматике. Каждый протокол заточен под свои задачи, так и HART - лучшее решение как для получения информации о измеренных величинах устройств КИП и А, диагностирования и настройки этих устройств по стандартной токовой петле 4-20 мА (современный стандартный аналоговый сигнал токовой петли). Наиболее часто HART интерфейсом оснащаются датчики, но также его могут иметь и исполнительные устройства, клапаны, заслонки с управляющим токовым сигналом и др.

HART ("Highway Addressable Remote Transducer") специально разработан для промышленной автоматики и измерительной техники. Его еще называют гибридным потому что он совмещает как аналоговый так и цифровой сигнал. Другими словами, цифровой сигнал передается по аналоговому выходу датчика. Цифровая составляющая сигнала никак не влияет на аналоговый выход датчика,- она просто отфильтровывается.

Аналоговая составляющая сигнала передается как правило в одном направлении, например от выхода датчика ко входу вторичного прибора, в то время как цифровой сигнал может передаваться по линии в двух направлениях,- от HART устройства к датчику, запрашивая его состояние и от датчика к HART коммуникатору сообщая измеренную величину.

Физический уровень

Для передачи/приема информации на физическом уровне, HART протокол использует довольно низкоскоростной метод частотной манипуляции, где для кодирования двоичных данных:

• Логическая «1» представлена частотой 1200 Гц
• Логическая «0» представлен частотой 2200 Гц

HART коммуникаторы

HART коммуникатор - это микропроцессорный прибор, подключаемый в токовую петлю, часто с трансформаторным входом, для приема, обработки и передачи цифровой информации в этой схеме. Также существуют и HART модемы - устройства, подключаемые к компьютеру в USB или RS232 порт.

На рисунке слева показана типичная схема включения HART коммуникатора в токовую петлю между датчиком и вторичным прибором. На резисторе R, обычно 250 Ом, при прохождении по нему тока, по закону Ома происходит формирование напряжения, которое подается на вход HART коммуникатора.

HART коммуникатор может считывать, измеренную датчиком физическую величину, а может использоваться для диагностики и настройки датчика. Обычно HART коммуникатор это переносное устройство для калибровки датчиков и подобных устройств, и нет необходимости использовать его постоянно по приведенной схеме. Чаще он подсоединяется в цепь аналогового сигнала временно.

Было бы очень неудобно, если бы приходилось каждый раз разрывать токовую петлю для подсоединения HART коммуникатора, особенно в системах регулирования. Поэтому большинство HART совместимых датчиков и устройств имеют клеммы для его подключения, не обрывая выходного аналогового сигнала.

Обычно аналоговые или цифровые вторичные приборы могут только измерять/отображать входной сигнал от датчика и мало что могут рассказать о его состоянии. HART коммуникатор может не только показывать измеряемый параметр, но и

• Показывать статус устройства и диагностические предупреждения
• Измеряемые величины и единицы измерения
• Ток на выходе датчика, как в миллиамперах, так и в процентах
• Отображать/изменять основные параметры конфигурирования
• Сведения о производителе

Как HART коммуникатор узнает с каким типом датчика он работает и как этот датчик настраивать? Для этого в коммуникаторе существует база драйверов совместимых устройств. При подключении к устройству HART коммуникатор опознает и загружает из своей базы необходимый драйвер устройства.

А что, если устройство новее самого коммуникатора, выпущено недавно, и нужного драйвера устройства в базе точно нет? Для этого нужно поискать драйвер описания устройства на сайте производителя устройства или на сайте ассоциации HART Communication Foundation, с которой обычно взаимодействуют известные производители устройств для КИП и Автоматики. Все это касается универсальных HART коммуникаторов.

Хотя HART протокол является открытым и стандартным, иногда производители оборудования исходя или из коммерческих целей, для увеличения числа продаж, или из целей упрощения устройств в ущерб их универсальности, предпочитают выпускать собственные HART устройства для настройки своего оборудования. В этом случае ничего другого не остается, кроме как приобрести соответствующий прибор у производителя.