A HART ( Highway Addressable Remote Transducer ) kommunikációs szabványok készlete ipari hálózatokhoz .
Ipari érzékelők csatlakoztatására tervezték . Tartalmazza a vezetékes és vezeték nélküli fizikai rétegeket, valamint egy csereprotokollt. A vezetékes változat lehetővé teszi a digitális adatok és a teljesítmény átvitelét két vezetéken keresztül, miközben megőrzi a kompatibilitást az analóg 4-20 mA áramhurok érzékelőkkel.
Az eredeti HART protokollt az 1980-as évek közepén fejlesztette ki az amerikai Rosemount cég . 1986-ban kapta a HART nevet, és nyílt szabvány lett .
1993 óta a technológia tulajdonosa és szabványügyi testülete a HART Communication Foundation. 2014 óta, a Fieldbus Foundation és a HART Communication Foundation egyesülését követően a HART specifikációit a FieldComm Group tartja karban .
| felülvizsgálat | Év | |
|---|---|---|
| 2.0 | 1986 | Első nyitott specifikáció. |
| 3.0 | 1987 | |
| 4.0 | 1988 | |
| 5.0 | 1989 | |
| 6.0 | 2001 | |
| 7.0 | 2007 | Hozzáadott WirelessHART. |
| 7.5 | 2012 | aktuális specifikáció. |
A HART 5.0-s verziója óta a specifikáció alulról felfelé megtartotta a protokollkompatibilitást. Vagyis új változtatásokat hajtanak végre, hogy ne érintsék a meglévő funkcionalitást. Előfordulhat, hogy a HART 4 és korábbi specifikációi nem kompatibilisek a későbbi verziókkal.
A szabvány 17 dokumentumot tartalmaz, amelyek mind a vezetékes, mind a vezeték nélküli (WirelessHART) interfész opciókat lefedik [1] . 2017-re az alapspecifikáció a HART 7 változatát tartalmazza (HCF-SPEC-13 dokumentum). A hivatalos specifikációk terjesztési politikája előírja a szabványügyi szervezetben való tagságot vagy a szabvány papíralapú példányainak megvásárlását, amelyek nem nyilvánosak.
Néhány vezetékes HART specifikáció szerepel az IEC 61158-CPF9 szabványban. A WirelessHART az IEC 62591:2010 szabvány szerint van szabványosítva.
A szabvány az OSI-modell három rétegét határozza meg : a fizikai réteget , a kapcsolati réteget és az alkalmazási réteget. Két fizikai szint létezik - a régi frekvenciamodulációval és az új fázismodulációval. A hivatkozási réteg határozza meg a keret szerkezetét. Alkalmazott - parancskészletek.
A HART fizikai réteg a 4-20 mA szabvány áramhurok tetejére készül . Az adatátvitel ±0,5 mA amplitúdójú árammodulációval történik 500 Hz feletti spektrummal, a DC komponens nem megengedett. Ebben az esetben az áramhurok analóg jelének spektrumát 25 Hz-re kell korlátozni. A tápvezeték minimális ellenállása (jelvevő 4-20 mA) 230 Ohm. Így az érzékelőt táplálják, az elsődleges leolvasásokat és a másodlagos információkat két vezetéken keresztül veszik.
Frekvencia modulációAz eredeti szabvány csak egy sebességet és egyfajta modulációt engedélyezett, a Bell 202 modemszabványból kölcsönzött : 1200/2200 Hz FSK 1200 baud mellett . A HART egy teljes 1200 Hz-es ciklust használ a logikai "1" átvitelére, és két 2200 Hz-es részciklust a logikai "0" átvitelére. A vevő és adó csatorna szétválasztása ideiglenes, azaz egyszerre csak egy adó működik. Ez a fizikai réteg a HCF_SPEC-54 szabványban van szabványosítva.
A frekvenciamodulált üzemmód minden HART eszköznél kötelező.
FázismodulációEzt követően a szabványt egy gyorsabb fázismodulációs változattal egészítették ki . 3200 Hz-es vivő, vivőperiódusonként 8 pozíciós fáziseltolásos kulcsozás (azaz 3200 baud jelátviteli sebesség ), 9600 bps adatsebesség (azaz 3 bit egy szimbólummal van kódolva) [2] . A szabvány a PM modulációs opciót opcionálisként határozza meg, és kommunikációs problémák esetén javasolja az FM-re való visszatérést. Ez a fizikai réteg a HCF_SPEC-60 szabványban van szabványosítva.
ÜzenetAz adatcserét üzenetek – elválaszthatatlan adathalmazok – végzik. Minden üzenet tartalmaz egy preambulumot a vevő demodulátor szinkronizálásához és egy keretnek nevezett adatkészletet. Az üzenetek között szünetek vannak, amelyek során nem megy moduláció a vonalra. Az adatok továbbítása bájtokban történik aszinkron interfész formátumban , azaz fel van szerelve egy start, stop bittel és egy paritásbittel a vétel integritásának ellenőrzésére.
FM módban a preambulum 5-20 bájt 0xFF azonos aszinkron interfész formátummal. A slave-ek általában a minimális preambulum hosszt használják rájuk, a hálózati mester köteles a maximális preambulum-hosszal elindítani a cserét és csökkentheti azt, ha a slave eszközök engedik. Fázismodulációs módban a preambulum más, de a keretszerkezet ugyanaz.
BekötésA szabvány legalább 24 AWG (0,2 mm 2 ) keresztmetszetű árnyékolt kábel használatát javasolja az eszközök csatlakoztatásához. A 18 AWG (0,8 mm 2 ) keresztmetszetű vezetéknél a kábelenkénti kábelkapacitástól függően javasolt maximális hossz kiértékelési táblázata :
| A vonalon lévő eszközök száma | 65 pF/m | 95 pF/m | 160 pF/m | 225 pF/m |
|---|---|---|---|---|
| egy | 2769 m | 2000 m | 1292 m | 985 m |
| 5 | 2462 m | 1815 m | 1138 m | 892 m |
| tizenöt | 1846 m | 1415 m | 892 m | 708 m |
A HART protokoll a "Master - Slave" elvén épül fel, a "parancs + adat" formájú csomagok cseréjével. Vagyis a hálózatnak van egy mestere, amely kéréseket generál, és egy vagy több szolga eszköz, amely válaszol a mester kérésére.
Multi-masterA protokoll két vezérlőeszköz (master) jelenlétét teszi lehetővé. Elsődleges mesternek és másodlagos mesternek hívják őket. A második master vezérlő és konfigurációs terminálként működhet, amely lehetővé teszi az eszközök elérését anélkül, hogy leállítaná vagy más módon megzavarná a berendezés működését. A második master engedélyezett "forró" csatlakozása.
MultidropKezdetben a HART csak egy slave-et engedélyezett soronként. 4-20 mA-es analóg jelet generált, és az analóg jeltől függetlenül válaszolt a master kérésére. Ezt a módot ponttól pontig hívták. A HART 3-tól kezdve bevezették azt a lehetőséget, hogy egy pár vezetékhez akár 15 eszközt, a HART 6-tal pedig akár 63 eszközt is csatlakoztathassunk. Ebben a Multi-drop módban az eszközök az analóg kimenetet 4 mA-re rögzítik, és hálózati címzést használnak a protokollban.
KeretformátumA keret adatszerkezete a táblázatban látható:
| Mező neve | Hossz (byte) | Célja |
|---|---|---|
| Határoló | egy | A keret kezdetének, a mesterszámnak és a Kiterjesztés mező jelenlétének meghatározására szolgál |
| Cím | 1 vagy 5 | Tartalmazza a célhálózati címet, a Burst Mode jelzőt |
| [terjeszkedés] | 0-3 | |
| parancs | egy | Parancskód |
| Byte Count | egy | Állapot+Adatmezők mérete |
| [állapot] | 0 vagy 2 | Rabszolga állapot. Hiányzik a fő keretekből |
| [Adat] | 0-255 | Parancsadatok |
| Check Bytes | egy | XOR az összes üzenet bájthoz a határolótól az utolsó adatbájtig |
Meghatározza az átvitel irányát (master-slave vagy fordítva), a cím és a bővítési mezők hosszát.
CímKezdetben a címmező hossza egy bájt volt, az eszközcímzéshez 4 bitet foglaltak le. Így csak 16 eszköz lehetett a hálózaton, beleértve a hálózati mastert is. A HART 6-tól kezdve a címmező 5 bájtra bővült, 38 bitet foglaltak le az eszközcímzésre, és a hálózaton lévő eszközöket mostantól egyedi számuk címezi.
TerjeszkedésOpcionális mező, a HART 6-os verziója óta bevezetve. A hossza a határoló bájtban van megadva.
parancsA parancskódok több csoportra oszthatók. A HART 6-tól kezdve a parancskód két bájtra bővülhet, amelyek az elsők az Adat mezőben.
2007 szeptemberében a HART Communication Foundation kiadott egy új vezeték nélküli szabványt , a WirelessHART-ot . A WirelessHART az IEEE 802.15.4-2006 (ISM sáv) Time Division Multiplexing (TDMA) vezeték nélküli hálózati szabványt használta rádiókapcsolatként . A forgalom titkosított (AES 128).
A WirelessHART része az új HART 7 specifikációnak, és az IEC 62591:2016 szabvány szerint is szabványosított. WirelessHART eszközspecifikáció HCF_SPEC -290 .
A WirelessHART hálózat önszerveződő. Ha eszközt szeretne hozzáadni a hálózathoz, csak írja be a hálózati hozzáférési jelszót. Ha szükséges, az eszközök maguk is fel tudják építeni a relé topológiát. A hálózati csomópontok közötti távolság akár több kilométer is lehet.
Létezik egy HCF_SPEC-085 hálózatkezelési specifikáció , amely a szabványos TCP/IP hálózatokon keresztüli HART tunnelinget határozza meg.
| UART | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fizikai rétegek |
| ||||||
| Protokollok |
| ||||||
| Felhasználási területek | |||||||
| Megvalósítások |
| ||||||