Преимущества и принцип работы

Протокол HART использует стандарт «Частотной Манипуляции Bell 202», накладывая цифровой сигнал малой амплитуды (±0,5 mA) на аналоговый сигнал 4–20 mA, что показано на рис. 1.12.

В соответствии со стандартом Bell 202 цифровой сигнал преобразуется в две частоты – 1200 Гц и 2200 Гц, соответственно представляющие биты 1 и 0 (рис. 1.13).

Рис. 1.12. Наложение ЧМ сигнала Bell202 на аналоговый сигнал

Поскольку такой ЧМ сигнал имеет нулевое среднее значение и фаза сигнала непрерывна, то на аналоговый сигнал 4–20 mA ЧМ сигнал не оказывает никакого влияния.

Рис. 1.13. Стандарт передачи информации по модему Bell 202

Протокол HART, согласно стандарту Bell 202, обеспечивает передачу данных со скоростью 1200 бит/сек без прерывания сигнала 4–20 mA, что позволяет главному передатчику (мастеру) обновлять информацию о полевом устройстве более двух раз в секунду. На одну токовую петлю HART может подсоединяться два главных устройств. Основное устройство обычно является системой управления или ЭВМ, в то время как другое главное устройство может быть переносным коммуникатором или портативным компьютером.

Стандартный переносной терминал, называемый «HART Коммуникатор», способен единообразно осуществлять операции с полевыми устройствами. Другие сетевые функции можно осуществлять при помощи шлюзов.

Преимущества Hart protocol, состоят в том, что:

– по одной линии передается одновременно аналоговая и цифровая информация или, например, питание и цифровая информация;

– по цифровому каналу осуществляется двунаправленная передача;

– осуществляется взаимодействие одних полевых устройств с другими полевыми устройствами;

– возможно несколько ведущих устройств, среди которых могут быть либо Control system (управляющая система), либо Hendheld communicator (ручной коммуникатор);

– всегда выполняется параллельное объединение устройств в сети (multidropping или network);

– осуществляется передача информации с помощью модемов по телефонному или радиоканалу;

– могут быть использованы мультиплексные и селекторные режимы работы;

– выполняются унификация и совместимость со всеми Hart-устройствами;

– используется гибкий формат сообщений, позволяющий адаптировать сеть к включению устройств другого типа;

– в одном сообщении может передаваться до четырех значений переменных, а в целом поддерживается до 256 переменных, описывающих устройство.

– в том случае, если по линии передается питание, то число полевых устройств может быть не более пятнадцати.

Два режима работы датчиков, поддерживающих обмен данными по HART протоколу [5]:

Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом представлен на рис. 1.14. 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. Теперь оператору нет необходимости обходить все датчики на предприятии, он может их настроить непосредственно со своего рабочего места.

	Аналоговая составляющая

НART-модем

НART

Управляющие устройства ПК или HART коммуникатор

До 300 метров

4-20 mA

Рис. 1.14

В многоточечном режиме (рис. 1.15) 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.

Управляющие устройства ПК или HART-коммуникатор

Рис. 1.15

К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков. Их количество определяется длиной и качеством линии, а так же 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.

Обычно в аналоговой АСУТП присутствует множество интеллектуальных полевых приборов, работающих в режиме 4–20мА + HART. В этом случае удаленная настройка и конфигурирование датчиков при помощи HART-коммуникатора или HART-модема требует последовательного подключения коммуникационного устройства к каждой линии 4–20 мА, идущей от соответствующих приборов. Для решения поставленной задачи предлагается использовать HART-мультиплексор. При таком подходе приборы продолжают передавать измерительную информацию в систему по токовому выходу 4–20 мА, а их конфигурация может быть изменена с одного цифрового выхода управляющей системы. Связь мультиплексора с системой управления осуществляется по интерфейсу RS485 или RS232. При этом можно объединить в сеть около 500 приборов (например, 30 мультиплексоров, соединенных по RS485, 16 каналов каждый). Структурная схема работы мультиплексора в аналоговой системе представлена на рисунке 1.16 (линии 2, 3, …n).

Существует возможность построения с помощью мультиплексора цифровой системы сбора и визуализации информации. В этом случае каждый канал мультиплексора может опрашивать до 15 датчиков, подключенных к одной токовой петле. При таком подключении затраты на кабельную продукцию существенно снижаются (рис. 1.16, линия 1).

Линия 2

Линия 3

Линия n

4-20mA

ПК программа

RS 485 / НART

Датчик 15

Датчик 2

Датчик 1

НART

Линия 1

Рис. 1.16

Главным преимуществом протокола HART является возможность передачи информации по выделенной арендованной телефонной линии Bell 3002 (американский стандарт). В этом случае полевому оборудованию необходим только локальный источник питания, а главное устройство может находиться на расстоянии многих километров. Особенностью телефонных линий является то, что не требуется дополнительных промежуточных усилителей. Все эти заботы о качестве сигнала берет на себя телефонная компания. Кроме того, компания в случае необходимости предоставляет устройство связи сигнала телефонной линии с токовой петлей HART. Подобный сервис возможен только в том случае, если передача ЧМ сигнала по телефонным линиям разрешена национальным стандартом. Национальные стандарты многих стран не допускают передачу сигналов Bell 202 по телефонным линиям.

На арендованной линии может «висеть» неограниченное число полевых устройств, поскольку все они запитываются от индивидуальных источников независимо от передачи сигнала. В случае наличия только одного источника питания для всех полевых устройств их количество ограничивается и не должно превышать 15 штук.

Дата добавления: 2014-12-29