HART ( Highway Addressable Remote Transducer ) je soubor komunikačních standardů pro průmyslové sítě .
Určeno pro připojení průmyslových senzorů . Zahrnuje drátové a bezdrátové fyzické vrstvy, stejně jako výměnný protokol. Kabelová verze umožňuje přenos digitálních dat a napájení přes dva vodiče při zachování kompatibility s analogovými snímači proudové smyčky 4-20 mA .
Původní protokol HART byl vyvinut v polovině 80. let americkou společností Rosemount . V roce 1986 dostal název HART a stal se otevřeným standardem .
Od roku 1993 je vlastníkem technologie a normalizačním orgánem HART Communication Foundation. Od roku 2014, po sloučení Fieldbus Foundation a HART Communication Foundation, jsou specifikace HART udržovány společností FieldComm Group .
| revize | Rok | |
|---|---|---|
| 2,0 | 1986 | První otevřená specifikace. |
| 3.0 | 1987 | |
| 4,0 | 1988 | |
| 5,0 | 1989 | |
| 6.0 | 2001 | |
| 7,0 | 2007 | Přidán WirelessHART. |
| 7.5 | 2012 | aktuální specifikace. |
Od revize HART 5.0 si specifikace zachovala kompatibilitu protokolu zdola nahoru. To znamená, že nové změny jsou provedeny tak, aby neovlivnily stávající funkčnost. Specifikace HART 4 a dřívější mohou být protokoly nekompatibilní s následujícími revizemi.
Standard obsahuje 17 dokumentů, které pokrývají možnosti kabelového i bezdrátového rozhraní (WirelessHART) [1] . Pro rok 2017 má základní specifikace revizi HART 7 (dokument HCF-SPEC-13). Politika distribuce oficiálních specifikací zajišťuje buď členství v normalizační organizaci, nebo nákup papírových kopií normy, které nejsou veřejně dostupné.
Některé specifikace kabelového HART jsou zahrnuty v normě IEC 61158-CPF9. WirelessHART je standardizován jako IEC 62591:2010.
Standard definuje tři vrstvy modelu OSI – fyzickou vrstvu , linkovou vrstvu a aplikační vrstvu. Existují dvě fyzické úrovně – stará s frekvenční modulací a nová s fázovou modulací. Linková vrstva definuje strukturu rámce. Použito - sady příkazů.
Fyzická vrstva HART je vytvořena nad proudovou smyčkou standardu 4-20 mA. Data jsou přenášena proudovou modulací s amplitudou ±0,5 mA se spektrem nad 500 Hz, stejnosměrná složka není povolena. V tomto případě musí být spektrum analogového signálu proudové smyčky omezeno na 25 Hz. Minimální odpor napájecího vedení (přijímač signálu 4-20 mA) 230 Ohm. Senzor je tedy napájen, jeho primární údaje a sekundární informace se odebírají přes dva vodiče.
Frekvenční modulacePůvodní standard umožňoval pouze jednu rychlost a jeden druh modulace, vypůjčený ze standardu Bell 202 modemu : 1200/2200 Hz FSK při 1200 baudech . HART používá jeden celý cyklus 1200 Hz k přenosu logické "1" a dva dílčí cykly 2200 Hz k přenosu logické "0". Oddělení přijímacího a vysílacího kanálu je dočasné, to znamená, že vždy pracuje pouze jeden vysílač. Tato fyzická vrstva je standardizována v HCF_SPEC-54.
Režim frekvenční modulace je povinný pro všechna zařízení HART.
Fázová modulaceNásledně byl standard doplněn o rychlejší variantu fázové modulace . Nosná 3200 Hz, 8polohové klíčování fázovým posunem na periodu nosné (tj. symbolová rychlost 3200 baudů), datová rychlost 9600 bps (tj. 3 bity jsou kódovány jedním symbolem) [2] . Standard definuje možnost modulace PM jako volitelnou a doporučuje návrat k FM, pokud se vyskytnou komunikační problémy. Tato fyzická vrstva je standardizována v HCF_SPEC-60.
ZprávaVýměna se provádí pomocí zpráv - neoddělitelných datových sad. Každá zpráva obsahuje preambuli pro synchronizaci demodulátoru přijímače a sadu dat nazývanou rámec. Mezi zprávami jsou pauzy, během kterých na linku nejde žádná modulace. Data jsou přenášena v bajtech ve formátu asynchronního rozhraní , to znamená, že jsou vybavena startovacím, stop bitem a paritním bitem pro kontrolu integrity příjmu.
V režimu FM je preambule 5 až 20 bajtů 0xFF stejného formátu asynchronního rozhraní. Slave pro ně obvykle používají minimální délku preambule, master sítě je povinen zahájit ústřednu s maximální délkou preambule a může ji zkrátit, pokud to slave zařízení dovolí. V režimu fázové modulace je preambule odlišná, ale struktura rámce je stejná.
ElektroinstalaceNorma doporučuje pro připojení zařízení použít stíněný kabel o průřezu minimálně 24 AWG (0,2 mm 2 ). Hodnotící tabulka maximální doporučené délky v závislosti na kapacitě kabelu na kabel pro drát o průřezu 18 AWG (0,8 mm 2 ):
| Počet zařízení na lince | 65 pF/m | 95 pF/m | 160 pF/m | 225 pF/m |
|---|---|---|---|---|
| jeden | 2769 m | 2000 m | 1292 m | 985 m |
| 5 | 2462 m | 1815 m | 1138 m | 892 m |
| patnáct | 1846 m | 1415 m | 892 m | 708 m |
Protokol HART je postaven na principu "Master - Slave" s výměnou paketů ve tvaru "příkaz + data". To znamená, že síť má master, který generuje požadavky, a jedno nebo více podřízených zařízení, která reagují na požadavek master.
Multi-masterProtokol umožňuje přítomnost dvou řídicích zařízení (masterů). Nazývají se Primary Master a Secondary Master. Druhý master může fungovat jako řídicí a konfigurační terminál, který umožňuje přístup k zařízením bez vypnutí nebo jiného narušení provozu zařízení. Povolené "horké" připojení druhého masteru.
MultidropZpočátku HART povoloval pouze jeden slave na linku. Generoval analogový signál 4-20 mA a bez ohledu na analogový signál reagoval na požadavky mastera. Tento režim se nazýval Point-to-Point. Počínaje HART 3 představili možnost připojit až 15 zařízení k jednomu páru vodičů a až 63 zařízení s HART 6. V tomto režimu, nazývaném Multi-drop, zařízení fixuje analogový výstup na 4 mA a používá síťové adresování v protokolu.
Formát rámečkuStruktura dat rámce je uvedena v tabulce:
| Název pole | Délka (bajt) | Účel |
|---|---|---|
| Oddělovač | jeden | Používá se k určení začátku rámce, hlavního čísla a přítomnosti pole Rozšíření |
| adresa | 1 nebo 5 | Obsahuje cílovou síťovou adresu, indikátor Burst Mode |
| [rozšíření] | 0-3 | |
| příkaz | jeden | Příkazový kód |
| Počet bajtů | jeden | Velikost polí Stav+Data |
| [postavení] | 0 nebo 2 | Stav otroka. Chybí v hlavních snímcích |
| [data] | 0-255 | Data příkazů |
| CheckBytes | jeden | XOR pro všechny bajty zprávy od oddělovače po poslední datový bajt |
Určuje směr přenosu (z masteru na slave nebo naopak), délku adres a rozšiřujících polí.
AdresaZpočátku byla délka pole adresy jeden bajt, pro adresování zařízení byly přiděleny 4 bity. V síti tedy mohlo být pouze 16 zařízení, včetně síťového masteru. Počínaje HART 6 bylo pole adresy rozšířeno na 5 bajtů, pro adresování zařízení bylo přiděleno 38 bitů a zařízení v síti jsou nyní adresována svými jedinečnými čísly.
RozšířeníNepovinné pole, zavedeno od verze HART 6. Délka je specifikována v byte Delimiter.
příkazPříkazové kódy jsou rozděleny do několika skupin. Počínaje HART 6 se kód příkazu může rozšířit na dva bajty, které jsou první v poli Data.
V září 2007 vydala HART Communication Foundation nový bezdrátový standard WirelessHART . WirelessHART používal jako rádiové spojení bezdrátový síťový standard IEEE 802.15.4-2006 (pásmo ISM) Time Division Multiplexing (TDMA) . Provoz je šifrován (AES 128).
WirelessHART je součástí nové specifikace HART 7 a je také standardizován jako IEC 62591:2016. Specifikace zařízení WirelessHART HCF_SPEC -290 .
Síť WirelessHART se sama organizuje. Chcete-li přidat zařízení do sítě, stačí zadat heslo pro přístup k síti. Je-li to nutné, mohou si zařízení postavit topologii relé sama. Vzdálenosti mezi uzly sítě mohou dosáhnout několika kilometrů.
Existuje specifikace správy sítě HCF_SPEC-085, která definuje tunelování HART přes standardní sítě TCP/IP.
| UART | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fyzické vrstvy |
| ||||||
| Protokoly |
| ||||||
| Oblasti použití | |||||||
| Implementace |
| ||||||