Protocolul Hart

8/18/2019 Protocolul Hart

1/14

1 Protocolul HART

1.1 Istoric

Protocolul HART (Highway Addressable Remote Transducer), a fost creat deRosemount la sfarsitul anilor ’80. Protocolul a fost deschis pentru utilizare si altor

companii, astfel in 10 sa format un !ser "roup.

#n martie 1$, %rupul a &otat pentru a crea o or%anizatie independenta sinon'prot pentru o mai una dez&oltare a protocolului HART. *undatia &a detinetehnolo%ia HART, &a administra standardele protocolului, si &a asi%ura ca tehnolo%ia&a disponiila (open) in eneciul industriei.

Astazi, H+* administreaza standardele protocolului si dreptul intelectual alprotocolului, detine sectii de trainin%, un site e cu stiri de ultima ora.

1.2 Protocolul HART – principii de functionare

-e multi ani standardul comunicatiei de camp pentru echipamentele dinprocesele de automatizare a reprezentat'o semnalul analo%ic de curent mA. Acesta&ariaza in inter&alul '/0 mA in functie de &ariatia marimii de proces. #n aplicatii unsemnal de mA corespunde limitei de os (0) din scala si /0 mA &a corespundelimitei de sus (100). #n principiu toate sistemele instalate folosesc acest standardinternational pentru a comunica informatiile &ariailelor de proces intreechipamentele din automatizare.

+omunicarea HART are loc intre doua dispoziti&e HART, de oicei un dispoziti&de camp (sla&e) si un sistem de monitorizare sau de control (master). +omunicareaare loc folosind instrumentatie si calare standard.


2/14

*i%ura. +omunicarea simultana Analo%ica si -i%itala

HART asi%ura doua canale de comunicatie simultan 2 semnalul analo% de '/0mA si un semnal di%ital. 3emnalul de '/0 mA comunica &alorile masurate primare(in cazul unui instrument din teren) folosind o ucla de curent de '/0 mA 4 cel mai

rapid si mai si%ur standard industrial. Aditional informatii despre dispoziti& suntcomunicate folosind un semnal di%ital care este suprapus pe semnalul analo%.3emnalul di%ital contine informatii de la dispoziti& care includ starea, dia%noza,masuri aditionale sau &alori calculate,etc. #mpreuna cele doua canale decomunicatie asi%ura solutia completa de comunicatie in teren, care este usor decon%urat, rousta si la un pret scazut.

-eoarece dispoziti&el HART suporta standardul '/0 mA, pot folosite cuorice sistem care lucreaza cu dispoziti&e '/0mA.

1. !re"uency #hift $eying

Protocolul HART se ba%ea%a pe principiul &ell 2'2 !#$ (!re"uency

#hift $eying). #emnalul digital este format din doua frec*ente 1+2'' H% si

2+2'' H% repre%entate de 1 si '. #inusoidele celor doua frec*ente sunt

suprapuse pe ,rul de curent continuu al semnalului analog pentru a

asigura o comunicare analoaga si digitala simultana. Pentru ca *aloarea

medie a semnalului !#$ este intotdeauna %ero+ semnalul analog -2' mA

nu este afectat. Pentru comunicare se impune o impedanta minima a

buclei de 2' /hmi.


3/14

Pentru a e&ita interferenta cu semnalul de comunicatie HART care sesuprapune peste semnalul continuu, anda de trecere a semnalului de iesire la untraductor compatiil HART este limitata la /5 Hz. 6a7, cu un ltru cu alternarea de0 d 9 decada.

Receptorul HART este proiectat sa reecteze orice semnal dreptun%hiular cuamplitudine 1: mA, care trece printr'un astfel de ltru.

1.- 0oduri de comunicare la protocolul HART

3unt doua moduri de comunicare disponiile cu tehnolo%ia HART2

Re;uest'Response 6ode si urst 6ode.

0odul Re"uestResponse (mastersla*e)

Partea di%itala a comunicarii o constitue protocolul re;uest'response, care intimpul operarii normale, comunicatia ecarui dispoziti& este initiata printr'o cererede la un dispoziti& %azda 4 cunoscut ca master. -oi masteri pot sa se conecteze deecare ucla HART. Primul 6aster este in %eneral un sistem de control distriuit(-+3), pro%rammale lo%ic controller (P


4/14

0odul &urst

!nele dispoziti&e HART, suporta modul optional de comunicare burst. 6odulurst face capaila o comunicare mai rapida ($' actualizari pe secunda). #n acestmod, 6aster'ul instruieste dispoziti&ul sa transmita in continuu (roadcast) unmesa de raspuns standard HART (e7, &aloarea unei &ariaile de proces). 6aster'ulreceptioneaza mesaul la o rata inalta pana cand instruieste dispoziti&ul sa opreascatransmisia (urstin%'ul). Acest mod permite ca dispoziti&e multiple sa e conectateintr'o schema multidrop.

1. Retele HART

Protocolul HART specica ca =master='ul (sistemul central de conducere sauun dispoziti& de comunicare portail) transmite un semnal de tensiune, in timp ce=sla&e=' ul (dispoziti& de camp) transmite un semnal de curent.


5/14

3emnalul de curent este con&ertit intr'un semnal corespunzator de tensiuneprin intermediul unei rezistente, deoarece toate aparatele utilizeaza sisteme dereceptie care sesizeaza ni&elul de tensiune.

#n taelul urmator se specica ni&elele de semnal minime si ma7ime

acceptate in sistemele de transmisie folosind protocoale HART. #deal, semnalultreuie sa e sinusoidal, dar se accepta si o forma trapezoidala. 3emnaluldreptun%hiular nu este acceptat.

HART – ni*ele de semnal

3emnal transmis de =master= min. 00 m>&'&

ma7. :00 m>&'&

3emnal transmis de =sla&e= min. 0,8 mA&'&

ma7. 1,/ mA&'&

3emnal minim =sla&e= con&ertit 18 m> &'&

printr'o rezistenta de /$0 ?

3emnal ma7im =sla&e= con&ertit 1$/0 m> &'

&

printr'o rezistenta de 1100 ?

3ensiilitate statie de receptie 1/0 m> &'& 4/,0 > &'&

(pentru receptie corecta)

@i&el de i%norare a semnalului 80 m> &'&

de catre statia de receptie-ispoziti&ele HART pot opera in una din cele doua con%uratii de retele 2

point'to'point sau multidrop.

1..1 PointToPoint


6/14

#n modul point'to'point, semnalul traditional '/0 mA este folosit pentrucomunicarea unei &ariaile de process (analo%ic), in timp ce o &ariaila de procesaditionala, (parametrii de con%urare, date de masura si alte date de dispoziti&)este transferata di%ital folosind protocolul HART. 3emnalul analo%ic '/0 mA nu esteafectat de semnalul HART si poate folosit pentru control, in modul normal.

3emnalul di%ital de comunicare HART ofera acces la &ariailele secundare si la altedate care pot folosite pentru operatii, mentenanta si in scopuri de dia%noza, cat sidate suplimentare de proces. #nstrumentul de putere este reprezentat de interfatade #9 sau o sursa de tensiune e7terna.

Bn practicC, cele trei elemente (sursa de alimentare P3!, transmiter'ul Direzistorul) pot conectate En orice ordine Di En oricare punct din circuit. 3pecicaFiileHART impun doar ca resistenta sC e Entre /$0 Di 1100 hmi.

3emnalul de comunicatie HART treuie sa e introdus in ucla si detectat peucla in camp. 3ursa de alimentare, de oicei se comporta ca un scurtcircuit pentru

semnalele in frec&enta tip HART, si de aceea statia de comunicare (statie moilasau sistem central de comanda) nu poate conectata direct la ornele ei. #n schimea poate conectata intre oricare doua puncte din camp (A si ) sau la ornelerezistentei de sarcina (si +), circuitul inchizandu'se prin sursa de alimentare.

statie de comunicare HART nu poate introduce in ucla orice rezistenta desarcina in curent continuu. Pentru a e&ita aceasta, statia &a include sau &a conectata in paralel cu ea o capacitate de apro7. 5G* sau mai mare.


7/14

*i%ura. +onectare punct la punct

1..2 0ultidrop

6odul multidrop de operare necesita o sin%ura pereche de re pentrutransmiterea informaFiei de la mai multe traductoare, ariere de si%uranta si o sursasuplimentara de tensiune pentru pana la 15 dispoziti&e de camp. Aparatele semonteazC En paralel Di toate &alorile de proces sunt transmise di%ital, spre deoseire

de cone7iunea punct cu punct unde semnalul putea citit atat analo%ic cat sidi%ital. #n modul multidrop, toate dispoziti&ele de camp le sunt asi%nate adresecomasate si curentul din ecare dispoziti& este 7, la o &aloare minima (tipic mA).

+onectarea multidrop este utila la super&izarea instalatiilor care sunt lar%raspandite, spre e7emplu conducte, staFii de epurare Di rezer&oare de enzinC.

#n operatiile point'to'point, toate dispoziti&ele de camp au adresa 0, setandcurentul de iesire la '/0 mA. #n modul multidrop, toate adresele sunt mai mari ca

zero si ecare dispoziti& isi seteaza curentul de iesire pe mA. #n acest modindicatoarele si controler'ele treuie echipate cu modem'uri HART.

-ispoziti&ele HART pot comunica folosind linii telefonice inchiriate. #n aceastasituatie numai o sursa de tensiune locala este necesara dispoziti&ului de camp simaster'ul poate la multi m distanta. 6aoritatea tarilor europene nu permit casemnalul &ell 2'2 sa e folosit cu echipamentul de transport national. rice numarde dispoziti&e pot folosite pe liniile inchiriate, atata timp cat sunt alimentate cu


8/14

surse au7iliare de tensiune indi&idual, independent de comunicatie. -aca doar osin%ura sursa de tensiune este folosita pentru toate celelate dispoziti&e, numarul dedispoziti&e este limitat la 15.

Terminalul IhandheldJ din %ura poate conectat oriunde in se%mentK la

terminalele de #9, la orice dispoziti&.

*i%ura. +onectare multidrop

1. #tructura protocolului HART

Protocolul HART are la aza modelul de referinta 3# (pen 3Lstems#nterconnection). 6odelul 3# asi%ura structura si elementele sistemului decomunicare. HART foloseste un model 3# redus, implementand doar ni&ele 1, / siM.


9/14

Figura . Implementarea protocolului HART pe structura de niveluri conforme cu recomandarea OSI/ISO.

1..1 3i*elul 1 HART

@i&elul *izic, lucreaza pe principiul *3N, azat pe standardul de comunicareell /0/2

•

*ite%a de transfer date 2 1/00 it9s• frec*enta pentru 4'5 logic 2 //00 Hz• frec*enta pentru 415 logic 2 1/00 Hz

6area maoritatea circuitelor e7istente sunt compatiile cu acest %en decomunicare di%itala. Pentru distante mici, se folosesc caluri cu doua re de 0./mm/, neecranate. Pentru distante lun%i (pana la 1500 m) se folosesc caluri dedoua re rasucite de 0./ mm/ ecranate. Pentru distante mai mari de 1500 m, panala $000 m, se foloseste calu cu o pereche de re rasucite de 0.5 mm/ ecranate.Rezistenta de sarcina treuie sa e cuprinsa intre /$0'1100 ohm in circuitele de

comunicare.

1..2 3i*elul 2 HART


10/14

@i&elul


11/14

1.. 3i*elul 7 HART

@i&elul Aplicatie, cuprinde setul de instrucriuni HART. 6aster'ul trimite mesaecerere pentru &alori specicate, &alori actuale si orice alta data sau parametrudisponiil de la dispoziti&. -ispoziti&ul din camp (sla&e) interpreteaza aceste

instructiuni dupa cum sunt denite in protocolul HART. 6esaul raspuns asi%uramaster'ului informatia de stare si de date de la sla&e.

Pentru a face interactiunea dintre dispoziti&ele HART compatiile, cat maiecienta cu putinta, au fost stailite clase de conformitate pentru master, si clasede comanda pentru sla&e. 3unt : clase de conformitate pentru master,ca in %ura.Pentru dispoziti&ele sla&e, comunicatii lo%ice, uniforme sunt asi%urate deurmatoarele comenzi 2

Instructiuni (comen%i) uni*ersale 4 sunt intelese si utilizate detoate dispoziti&ele de camp.

• Instructiuni standard (practice comune) 4 ofera functii care pot indeplinite de multe dispoziti&e, dar nu toate. #mpreuna acestecomenzi alcatuiesc o ilioteca ale celor mai comune functii dedispoziti&e.

• Instructiuni speci,ce dispo%iti*ului 4 ofera functii care suntrestrictionate unui anumit dispoziti&, permitand incorporarea unorfunctii speciale care sunt accesiile tuturor utilizatorilor.

Bn cele mai multe aparate se re%Csesc funcFii din toate cele trei clase2instrucFiuni uni&ersale, instrucFiuni standard Di instrucFiuni specice de aparat.

!igura. +lasele de instructiuni si clasele de conformitate


12/14

1.7 8ondi9ii de func9ionare pentru protocolului HART

Protocolul HART impune o protecFie la interferenFe Entre liniile conductoare de%radul $ conform #+ 801 4 $ Di , de asemenea sunt satisfCcute cerinFele %eneralepri&ind imunitatea la z%omot. +onectarea sau deconectarea unei unitCFi Isla&eJ saudefectarea comunicaFiei ei cu masterul nu afecteazC transferul de informaFie cu alteaparate. AplicaFiile unde sunt medii care cer protecFii Anti7 necesitC menFiunispeciale. arierele sau izolatoarele treuie sC poatC transmite frec&enFele ell /0/

En amele direcFii. -e asemenea, En cone7iunea multidrop este posiil sCinterconectCm aparatele de cOmp En acord cu -#@ >- 01:5.

ariere de si%uranta

3istemele folosind ariere de si%uranta necesita o tratare aparte. #n plus fatade &ericarile uzuale ale caderii de tensiune pe ucla, tensiunea de alimentare sereduce cu 0,: > la trecerea prin ariera de si%uranta.

Aceasta elimina conductia de catre dioda Qenner a &arfurilor de semnal carepot introduce erori in semnalul analo%ic. Rezistenta serie a arierei de si%urantatreuie sa e inclusa in constanta R+ pentru re%ula celor :5 G3. Pentru arierele desi%uranta acti&e, mai comple7e, cate&a consideratii sunt &alaile.

6aoritatea producatorilor ofera ariere repetoare 9 izolatoare specialproiectate sa treaca corect semnalul HART

#n functie de capacitatea lor echi&alenta si altor parametrii certicati, ma7im aparate de camp pot conectate multidrop intr'un sistem de si%uranta, ramanandtotusi o rezer&a de capacitate pentru calurile folosite in zona cu pericol.

1.7.1 :ate tehnice

• 0odul de transfer de date 2 *3N, Tehnica modularii in frec&enta (*re;uencLshift NeLin%) conform cu ell /0/, referitor la rata de transfer si de frec&entapentru itul de informatie I0J sau I1J.

• ;ite%a de transfer 2 1/00 it9s• !rec*enta pentru bitului de informatie 4'5 2 //00 Hz• !rec*enta pentru bitului de informatie 415 2 1/00 Hz• #tuctura semnalului 2 1 it de start, 8 iti de date, 1 it pentru paritate, 1

it de stop• Rata de transfer pentru *ariabilele simple 2 apro7. /9s (poll9raspuns)

apro7. $9/ (modul urst, optional)

• 3umarul ma


13/14

• #peci,catii de marimi de masura 2, numarul ma7im de &ariaile pe unitate 2 /5: (folosind un

modem), numarul ma7im de &ariaile transmise pe mesa2 , munCrul ma7im de staFii ImasterJ Entr'o uclC2 /

• 3i*elul ,%ic 2 rata de eroare pe circuitul destinatie 1910:it• 3i*elul =egaturi de :ate 2 recunoaste toate de %rupurile de pana la $ iti

transmisi eronat si aproape toate %rupurile mai lun%i si multiple.

3i*elul Aplicatie 2 starea comunicarii este transmisa in mesaul raspuns.

1.7.2 Recomand>ri hardware

Tipuri de cone-iuni "i limit!ri de lungime.

Distan#a m$ Tip cablu Sec#iune cablu mm$

0122 m 3 fire ecranate 243

50122 m

6222 m

3 fire ecranate 241

-in recomandCrile referitoare la forma semnalului rezultC formula dedeterminare a lun%imii ma7ime pentru o aplicaFie datC2

l :5 S 1.000.0009 (RS+) 4 (+f 10.000)9+

unde2 l lun%imea En metri

R rezistenFa En hmi (rezistenFa de sarcinC R< rezistenFa En hmi a arierei desi%uranFC 9 izolator)

+ capacitatea liniei (p*9m)

+f capacitatea ma7imC internC a modulelor Isla&eJ En p*

1.6 A*anta?ele utili%>rii aparatelor de c@mp cu protocol HART

Caracteristica Avantaje

7lectronic! inteligent! %re"te preci&ia de m!sur!

HART – protocol desc8is )tili&atorul nu este limitat la un singur furni&or

Sistem 9n cone-iune pe dou! fire *oate utili&a cablarea e-istent! 9n instala#ie

Simultan analog "i digital %ompatibil cu sistemele analogicee-istente4 dar preg!tit pentru trecerea lasisteme complet digitale


14/14

Op#iunea multidrop 7conomie de cabluri 9n instala#ii

*rotocol multimaster Se poate utili&a o sta#ie portabil! decomunicare 9n teren f!r! a afecta

func#ionarea sistemului

Autotestare "i a:ustare de parametrii de ladistan#!

Foarte important! pentru instrumentelegreu accesibile din instala#ii

Acces la datele de diagnostic on,line %resc performan#ele. Reduce costurile de9ntre#inere

%omen&i practic comune la aparate diferite *o#i oric(nd opera cu aparate noi

%omen&i specifice de aparat Aduce inova#ie 9n proiectarea aparatelor de

c(mp

Se poate citi num!rul de identificare alaparatului

)"or de identificat 9n instala#ii

%omanda ;set output< *entru testa rea integrit!#ii buclei

Standardul 'ell 323 %osturi mici pentru circuitele modemuluidisponibile la mul#i produc!tori

Acela"i limba: de programare Aparatele de la diver"i produc!tori sunt

intersc8imbabile

Documents

Protocolul Hart