HART ( Highway Addressable Remote Transducer ) este un set de standarde de comunicare pentru rețelele industriale .
Proiectat pentru a conecta senzori industriali . Include straturi fizice cu fir și fără fir, precum și un protocol de schimb. Versiunea cu fir permite transferul datelor digitale și al energiei pe două fire, menținând în același timp compatibilitatea cu senzorii analogici în buclă de curent 4-20mA .
Protocolul HART original a fost dezvoltat la mijlocul anilor 1980 de compania americană Rosemount . În 1986, a primit numele HART și a devenit un standard deschis .
Din 1993, proprietarul tehnologiei și organismul de standardizare a fost HART Communication Foundation. Din 2014, în urma fuziunii Fieldbus Foundation și HART Communication Foundation, specificațiile HART au fost menținute de către FieldComm Group .
| revizuire | An | |
|---|---|---|
| 2.0 | 1986 | Prima specificație deschisă. |
| 3.0 | 1987 | |
| 4.0 | 1988 | |
| 5.0 | 1989 | |
| 6.0 | 2001 | |
| 7.0 | 2007 | S-a adăugat WirelessHART. |
| 7.5 | 2012 | specificația curentă. |
De la revizuirea HART 5.0, specificația a păstrat compatibilitatea protocolului de jos în sus. Adică se fac modificări noi pentru a nu afecta funcționalitatea existentă. Specificațiile HART 4 și anterioare pot fi protocolul incompatibil cu revizuirile ulterioare.
Standardul include 17 documente care acoperă atât opțiunile de interfață cu fir, cât și fără fir (WirelessHART) [1] . Pentru 2017, specificația de bază are o revizuire a HART 7 (document HCF-SPEC-13). Politica de distribuire a specificațiilor oficiale prevede fie apartenența la o organizație de standardizare, fie achiziționarea de copii pe hârtie ale standardului, care nu sunt disponibile publicului.
Unele dintre specificațiile HART cu fir sunt incluse în standardul IEC 61158-CPF9. WirelessHART este standardizat ca IEC 62591:2010.
Standardul definește trei straturi ale modelului OSI - stratul fizic , stratul de legătură și stratul de aplicație. Există două niveluri fizice - cel vechi cu modulație de frecvență și cel nou cu modulare de fază. Stratul de legătură definește structura cadrului. Aplicat - seturi de comenzi.
Stratul fizic HART este realizat deasupra buclei de curent a standardului de 4-20 mA. Datele sunt transmise prin modulație de curent cu o amplitudine de ±0,5 mA cu un spectru peste 500 Hz, componenta DC nu este permisă. În acest caz, spectrul semnalului analogic al buclei de curent trebuie limitat la 25 Hz. Rezistența minimă a liniei de alimentare (receptor de semnal 4-20 mA) 230 Ohm. Astfel, senzorul este alimentat, citirile sale primare și informațiile secundare sunt preluate prin două fire.
Modulația de frecvențăStandardul original permitea o singură rată și un singur fel de modulație, împrumutat de la standardul modem Bell 202 : 1200/2200 Hz FSK la 1200 baud . HART folosește un ciclu complet de 1200 Hz pentru a transmite un „1” logic și două cicluri parțiale de 2200 Hz pentru a transmite un „0” logic. Separarea canalelor de recepție și de transmisie este temporară, adică doar un emițător funcționează la un moment dat. Acest strat fizic este standardizat în HCF_SPEC-54.
Modul modulat în frecvență este obligatoriu pentru toate dispozitivele HART.
Modulare de fazăUlterior, standardul a fost suplimentat cu o variantă de modulare a fazei mai rapidă . Purtător 3200 Hz, codificare cu defazare în 8 poziții pe perioadă de purtător (adică viteza simbolului 3200 baud), viteza datelor 9600 bps (adică 3 biți sunt codificați cu un simbol) [2] . Standardul definește opțiunea de modulare PM ca opțională și recomandă revenirea la FM dacă există probleme de comunicare. Acest strat fizic este standardizat în HCF_SPEC-60.
MesajSchimbul se realizează prin mesaje - seturi de date inseparabile. Fiecare mesaj conține un preambul pentru sincronizarea demodulatorului receptor și un set de date numit cadru. Există pauze între mesaje, timp în care nicio modulație nu merge la linie. Datele sunt transmise în octeți în formatul unei interfețe asincrone , adică sunt echipate cu un bit de pornire, de oprire și un bit de paritate pentru a verifica integritatea recepției.
În modul FM, preambulul este de 5 până la 20 de octeți 0xFF din același format de interfață asincronă. Slavii folosesc de obicei lungimea minimă a preambulului pentru ei, masterul rețelei este obligat să înceapă schimbul cu lungimea maximă a preambulului și o poate reduce dacă dispozitivele slave o permit. În modul de modulare de fază, preambulul este diferit, dar structura cadrului este aceeași.
CablajStandardul recomandă utilizarea unui cablu ecranat cu o secțiune transversală de cel puțin 24 AWG (0,2 mm 2 ) pentru conectarea dispozitivelor. Tabel de evaluare a lungimii maxime recomandate în funcție de capacitatea cablului pe cablu pentru un fir cu o secțiune transversală de 18 AWG (0,8 mm 2 ):
| Numărul de dispozitive pe linie | 65 pF/m | 95 pF/m | 160 pF/m | 225 pF/m |
|---|---|---|---|---|
| unu | 2769 m | 2000 m | 1292 m | 985 m |
| 5 | 2462 m | 1815 m | 1138 m | 892 m |
| cincisprezece | 1846 m | 1415 m | 892 m | 708 m |
Protocolul HART este construit pe principiul „Master - Slave” cu schimbul de pachete de forma „comandă + date”. Adică, rețeaua are un master care generează cereri și unul sau mai multe dispozitive slave care răspund la cererea masterului.
Multi-masterProtocolul permite prezența a două dispozitive de control (master). Se numesc Maestru Primar și Maestru Secundar. Al doilea master poate acționa ca un terminal de control și configurare care vă permite să accesați dispozitivele fără a opri sau a perturba în alt mod funcționarea echipamentului. Conexiunea „fierbintă” permisă a celui de-al doilea master.
MultidropInițial, HART permitea doar un slave pe linie. A generat un semnal analogic de 4-20 mA și, indiferent de semnalul analogic, a răspuns la solicitările masterului. Acest mod a fost numit Point-to-Point. Începând cu HART 3, au introdus capacitatea de a conecta până la 15 dispozitive la o pereche de fire și până la 63 de dispozitive cu HART 6. În acest mod, numit Multi-drop, dispozitivele fixează ieșirea analogică la 4 mA și folosesc adresarea de rețea în protocol.
Format cadruStructura datelor cadru este prezentată în tabel:
| Numele domeniului | Lungime (octet) | Scop |
|---|---|---|
| Delimitator | unu | Folosit pentru a determina începutul cadrului, numărul principal și prezența câmpului de extindere |
| abordare | 1 sau 5 | Conține adresa de rețea de destinație, indicatorul Burst Mode |
| [expansiune] | 0-3 | |
| comanda | unu | Cod de comandă |
| Număr de octeți | unu | Dimensiunea câmpurilor Stare+Date |
| [stare] | 0 sau 2 | Statutul de sclav. Lipsește în cadrele principale |
| [Date] | 0-255 | Date de comandă |
| CheckBytes | unu | XOR pentru toți octeții de mesaj de la Delimiter până la ultimul octet de date |
Specifică direcția de transfer (de la master la slave sau invers), lungimea câmpurilor de adresă și de extindere.
AbordareInițial, lungimea câmpului de adresă a fost de un octet, 4 biți au fost alocați pentru adresarea dispozitivului. Astfel, ar putea exista doar 16 dispozitive în rețea, inclusiv masterul de rețea. Începând cu HART 6, câmpul de adresă a fost extins la 5 octeți, 38 de biți au fost alocați pentru adresarea dispozitivelor, iar dispozitivele din rețea sunt acum adresate prin numerele lor unice.
ExpansiuneCâmp opțional, introdus începând cu versiunea 6 HART. Lungimea este specificată în octetul Delimitator.
comandaCodurile de comandă sunt împărțite în mai multe grupuri. Începând cu HART 6, codul de comandă se poate extinde la doi octeți, care sunt primii în câmpul Date.
În septembrie 2007, HART Communication Foundation a lansat un nou standard wireless , WirelessHART . WirelessHART a folosit standardul de rețea fără fir IEEE 802.15.4-2006 (bandă ISM) Time Division Multiplexing (TDMA) ca legătură radio . Traficul este criptat (AES 128).
WirelessHART face parte din noua specificație HART 7 și este, de asemenea, standardizată ca IEC 62591:2016. Specificația dispozitivului WirelessHART HCF_SPEC -290.
Rețeaua WirelessHART este auto-organizată. Pentru a adăuga un dispozitiv în rețea, trebuie doar să introduceți parola de acces la rețea. Dacă este necesar, dispozitivele pot construi singure topologia releului. Distanțele dintre nodurile rețelei pot ajunge la câțiva kilometri.
Există o specificație de gestionare a rețelei HCF_SPEC-085 care definește tunelul HART pe rețelele standard TCP/IP.
| UART | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Straturi fizice |
| ||||||
| Protocoale |
| ||||||
| Domenii de utilizare | |||||||
| Implementări |
| ||||||