Топологии подключения

HART построен по принципу Главный – Подчиненный.

Это означает, что полевое (подчиненное) устройство отвечает, только когда поступит запрос от главного.

Два главных (основной и вторичный) могут связываться с любыми подчиненными устройствами в HART -сети.

Вторичные главные, такие как переносные коммуникаторы, могут быть подключены практически к любой точке HART- сети и взаимодействовать с полевыми устройствами, не нарушая информационного обмена с Основным главным, которым обычно является компьютерная система сбора данных, мониторинга и настройки.

Существуют различные режимы коммуникационного обмена между интеллектуальными полевыми измерительными приборами и оборудованием центрального контроля и мониторинга. Наиболее распространена цифровая коммуникация одновременно с аналоговым сигналом 4-20 мА (Главный – Подчиненный).

Этот режим предоставляет собой цифровой обмен Подчиненного с Главным по запросу Главного.

Аналоговый сигнал 4-20 мА может по-прежнему нести информацию о Первичной переменной.

"Burst" (монопольный) режим является дополнительным режимом коммуникации, в котором Подчиненный непрерывно передает данные об измеряемом процессе в стандарте HART.

Этот режим освобождает Главное устройство от необходимости отправления повторных командных запросов для получения обновленной информации о процессе. Подчиненное устройство будет непрерывно передавать ответное сообщение, пока Главное не даст ему команду на выполнение другого действия.

Временные промежутки между сообщениями позволяют Главному послать Починенному новую команду. Частота обновления данных 3-4 раза в секунду является типичной при коммуникации в режиме "burst" и меняется в зависимости от выбранной команды и объема передаваемых данных.

Режим "burst" следует использовать в сетях только с одним подчиненным устройством. Монопольный режим является необязательным к реализации, поэтому не все HART- приборы поддерживают этот режим.

Кроме указанных режимов HART - протокол позволяет объединять до 15 полевых устройств на одной и той же паре проводов в многоточечную сетевую структуру.

В многоточечных структурах HART - коммуникация используется как полностью цифровая.

Ток в петле фиксируется на минимальном значении (только питание устройства - обычно 4мА) и не содержит информации об измеряемом процессе.

При усовершенствовании системы сбора данных в перспективе тот же провод, используемый для обычных аналоговых приборов 4-20мА, может использоваться для создания сетевой структуры с HART- коммуникацией. Длина кабеля зависит от типа кабеля и количества присоединенных устройств.

Зачастую в аналоговой АСУТП присутствует множество датчиков, работающих в режиме совместимости с токовой петлей 4-20мА. В этом случае рекомендуется использовать HART- мультиплексор.

При работе через мультиплексор датчики передают информацию в систему по токовому выходу 4-20 мА, а все сервисные функции (калибровка, конфигурация, настройка параметров) осуществляются по каналу RS485 через HART-мультиплексор.

Большинство промышленных контроллеров, имеет свободно программируемый выход RS-485. Этот выход программируется для обмена по канальному и прикладному уровням HART - протокола, а в качестве интерфейса физического уровня используется RS-485.

Практически все мультиплексоры поставляются с драйверами в стандарте ОРС, позволяющими их использовать в системах без дополнительного программирования контроллеров.

При использовании мультиплексора количество аналоговых датчиков ограничивается только возможностями мультиплексора и интерфейса RS485. Рекомендуемое число HART- полевых приборов в такой сети - до 465 приборов.

Комбинация HART и RS485/RS232 является удачным техническим решением, поскольку физический уровень на основе RS485/RS232 позволяет повысить скорость обмена данными по HART- протоколу и использовать его как чисто цифровой протокол.

Интерфейс RS485/RS232 широко распространен, относительно прост в реализации. В то же время верхние уровни HART- протокола тщательно отработаны и проверены практикой и временем.

Комбинация HART и RS-485/RS-232 позволяет реализовать полноценный, хорошо отработанный цифровой обмен. В настоящее время существует ряд приборов, использующих цифровой интерфейс RS-485/HART. Используется такой интерфейс в расходомерах для применения во взрывобезопасных приложениях.

HART-протокол занимает промежуточное положение между аналоговой и полностью цифровой передачей данных. Он широко известен, как промышленный стандарт усовершенствования токовой петли 4–20 мА до уровня цифровой коммутации. При этом полностью сохраняется полная совместимость и надёжность существующих аналоговых линий 4–20мА.

Фактически датчик с HART- сигналом можно устанавливать вместо аналоговых и с помощью портативного HART–коммутатора использовать все преимущества цифрового обмена уже в существующих аналоговых системах. Технические параметры протокола HART представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Технические параметры протокола HART

Существует два режима работы датчиков, поддерживающих обмен данными по HART протоколу.

Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом представлен на рисунке 3.22. Обычно в этом режиме датчик работает в аналоговых АСУ ТП, а обмен по HART- протоколу осуществляется посредством недорогого портативного контроллера – HART-коммуникатора (например, Метран-650) или компьютера (например, с использованием конфигурационной программы H–Master, через HART/RS232 модем Метран–681).

Рисунок 3.22− Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом

В многоточечном режиме датчик передает и получает информацию только в цифровом виде. Аналоговый выход автоматически фиксируется на минимальном значении 4 мА (только для питания устройства) и не содержит информации об измеряемой величине.. Информация о переменных процесса считывается по HART– протоколу (рисунок 3.23) .

Рисунок 3.23 − Многоточечный режим работы датчиков

К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков, каждый имеет свой уникальный адрес от 1 до 15, и обращение идет по соответствующему адресу. Коммуникатор или система управления определяет все датчики, подключенные к линии, и может работать с любым из них.

В качестве среды передачи сигнала используется кабель типа экранированная витая пара.