HART (англ. Highway Addressable Remote Transducer) — набор коммуникационных стандартов для промышленных сетей.
Предназначен для подключения промышленных датчиков. Включают проводной и беспроводной физические уровни, а также протокол обмена. Проводной вариант позволяет передавать цифровые данные и питание по двум проводам, сохраняя совместимость с аналоговыми датчиками стандарта токовая петля 4-20 мА.
История
Первоначальный HART-протокол был разработан в середине 1980-х годов американской компанией Rosemount. В 1986 году получил наименование HART и стал открытым стандартом.
С 1993 года владельцем технологий и стандартизирующей организацией являлась HART Communication Foundation. С 2014 года, после слияния Fieldbus Foundation и HART Communication Foundation, спецификации HART поддерживаются FieldComm Group.
| Ревизия | Год | |
|---|---|---|
| 2.0 | 1986 | Первая открытая спецификация. |
| 3.0 | 1987 | |
| 4.0 | 1988 | |
| 5.0 | 1989 | |
| 6.0 | 2001 | |
| 7.0 | 2007 | Добавлен WirelessHART. |
| 7.5 | 2012 | Действующая спецификация. |
Начиная с ревизии HART 5.0 спецификация сохраняет совместимость протокола снизу вверх. То есть новые изменения вносятся так чтобы не затронуть уже имеющуюся функциональность. Спецификации HART 4 и ранее могут быть протокольно несовместимы с последующими ревизиями.
Спецификации
В стандарт входит 17 документов, охватывающих как проводной так и беспроводной (WirelessHART) вариант интерфейса.[1] На 2017 год базовая спецификация имеет ревизию HART 7 (документ HCF-SPEC-13). Политика распространения официальных спецификаций предусматривает либо членство в стандартизирующей организации либо покупку бумажных копий стандарта, в открытом доступе их нет.
Часть спецификаций проводного HART входит в стандарт IEC 61158-CPF9. WirelessHART стандартизирован как IEC 62591:2010.
Стандарт определяет три уровня модели OSI — физический уровень, канальный и прикладной уровень. Физических уровня два — старый с частотной модуляцией и новый с фазовой. Канальный уровень определяет структуру фреймов. Прикладной — наборы команд.
HART
Физический уровень
Физический уровень HART выполнен поверх токовой петли стандарта 4-20 мА. Данные передаются модуляцией тока амплитудой ±0,5 мА со спектром выше 500 Гц, постоянная составляющая недопустима. При этом спектр аналогового сигнала токовой петли должен быть ограничен до 25 Гц. Минимальное сопротивление источника питания линии (приемника сигнала 4-20 мА) 230 Ом. Таким образом, питание датчика, снятие его первичных показаний и вторичной информации осуществляется по двум проводам.
Частотная модуляция
Первоначальный стандарт допускал только одну скорость и один вид модуляции, заимствованный из модемного стандарта Bell 202: частотную манипуляцию 1200/2200 Гц со скоростью 1200 бод. Для передачи логической «1» HART использует один полный период частоты 1200 Гц, а для передачи логического «0» — два неполных периода 2200 Гц. Разделение приемного и передающего каналов временное, то есть в один момент времени работает только один передатчик. Этот физический уровень стандартизирован в документе HCF_SPEC-54.
Частотно-модулированный режим является обязательным для всех HART устройств.
Фазовая модуляция
Впоследствии стандарт был дополнен более скоростным вариантом с фазовой модуляцией. Несущая 3200 Гц, 8-позиционная манипуляция, скорость 9600 бод.[2] Стандарт определяет вариант с фазовой модуляцией как дополнительный и рекомендует возвращаться к ЧМ при проблемах со связью. Этот физический уровень стандартизирован в документе HCF_SPEC-60.
Сообщение
Обмен ведется сообщениями — неразрывными наборами данных. Каждое сообщение содержит преамбулу для синхронизации демодулятора приемника и набор данных, называемых фреймом. Между сообщениями идут паузы, во время которых никакой модуляции на линию не идет. Данные передаются байтами в формате асинхронного интерфейса 8O1, то есть снабжены стартовым, стоповым битом и битом контроля нечетности (odd) для проверки целостности приема.
В ЧМ режиме преамбула представляет собой от 5 до 20 байт 0xFF того же формата 8O1. Ведомые устройства обычно используют минимальную для них длину преамбулы, мастер сети обязан начинать обмен с максимально длинной преамбулы и может уменьшать ее если позволяют ведомые устройства. В ФМ режиме преамбула отличается, но структура фрейма та же.
Проводка
Для подключения приборов стандарт рекомендует применять экранированный кабель сечением не менее 24 AWG (0,2 мм2). Оценочная таблица максимальной рекомендованной длины в зависимости от погонной емкости кабеля для провода сечением 18 AWG (0,8 мм2):
| к-во приборов на линии | 65 pf/m | 95 pf/m | 160 pf/m | 225 pf/m |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 2,769 m | 2,000 m | 1,292 m | 985 m |
| 5 | 2,462 m | 1,815 m | 1,138 m | 892 m |
| 15 | 1,846 m | 1,415 m | 892 m | 708 m |
Link layer
HART-протокол построен по принципу «Ведущий — Ведомый» с обменом пакетами вида «команда + данные». То есть в сети есть мастер, формирующий запросы, и одно или более ведомых устройств, отвечающих по запросу мастера.
Multi-master
Протокол допускает наличие двух управляющих устройств (мастеров). Их называют Primary Master и Secondary Master. Второй мастер может выполнять роль контрольно-настроечного терминала, позволяющего получить доступ к приборам без отключения или иного нарушения работы оборудования. Допускается «горячее» подключение второго мастера.
Multi-drop
Первоначально HART допускал только одно ведомое устройство на линии. Оно формировало аналоговый сигнал 4-20 мА и независимо от аналогового сигнала отвечало на запросы мастера. Этот режим называли Point-to-Point. Начиная с HART 3 ввели возможность подключать к одной паре проводов до 15, а с HART 6 и до 63 устройств. В этом режиме, названном Multi-drop, устройства фиксируют аналоговый выход на уровне 4 мА и используют сетевую адресацию в протоколе.
Формат фрейма
Структура данных фрейма показана в таблице:
| Название поля | Длина (байт) | Назначение |
|---|---|---|
| Delimiter | 1 | Используется для определения начала фрейма, номера мастера и наличия поля Expansion. |
| Address | 1 или 5 | Содержит сетевой адрес назначения, индикатор Burst Mode |
| [Expansion] | 0—3 | |
| Command | 1 | Код команды |
| Byte Count | 1 | Размер полей Status+Data |
| [Status] | 0 или 2 | Статус ведомого устройства. В фреймах мастера отсутствует. |
| [Data] | 0—255 | Данные команды |
| Check Byte | 1 | XOR для всех байт сообщения начиная с Delimiter по последний байт Data |
- Delimiter
Определяет направление передачи (мастер к ведомому или наоборот), длину полей адреса и expansion.
- Адрес
Первоначально длина поля адреса была однобайтовой, для адресации устройства выделялось 4 бита. Таким образом в сети могло быть только 16 устройств включая мастера сети. Начиная с HART 6 поле адреса расширили до 5 байт, для адресации устройства выделили 38 бит и теперь устройства в сети адресуются по их уникальным номерам.
- Expansion
Опциональное поле, появилось начиная с версии HART 6. Длина определяется в байте Delimiter.
- Command
Коды команд разбиты на несколько групп. Начиная с HART 6 код команды может расширяться до двух байт, находящихся первыми в поле Data.
WirelessHART
В сентябре 2007 года HART Communication Foundation выпустил новый беспроводной стандарт WirelessHART. В качестве радиоканала WirelessHART использовал стандарт беспроводных сетей IEEE 802.15.4-2006 (диапазон ISM) с разделением каналов по времени (TDMA). Трафик шифруется (AES 128).
WirelessHART является частью новой спецификации HART 7, а также стандартизован как IEC 62591:2010.
Сеть WirelessHART является самоорганизующейся. Для добавления устройства в сеть достаточно ввести пароль доступа к сети. При необходимости, устройства могут сами строить топологию ретрансляции. Расстояния между узлами сети могут достигать нескольких километров.
Примечания
Ссылки
 |
HART на Викискладе |
|---|
 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Физические уровни |
| ||||||
| Протоколы |
| ||||||
| Сферы использования | |||||||
| Реализации |
| ||||||
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .