Преимущества HART протокола передачи данных в АСУТП
Цифровые возможности HART
- Доступ к функциям настройки и диагностики всех датчиков и устройств
- Поддержка передачи нескольких измеряемых параметров от одного датчика
- Статус полевых устройств в режиме On-line
Совместимость HART с аналоговыми датчиками
- Передача параметров по аналоговой цепи и цифровой интерфейс через одну линию связи
- Совместимость с существующим оборудованием 4-20 мА
- По факту полностью открытый стандарт
- Общие стандарты команд и структуры данных
- Возможность передачи уникальных данных и максимальная совместимость, используя Device Description Language (DDL).
Доступность HART
- Проверенная в полевых условиях технология с более чем 1,400,000 установленных устройств
- Большой и постоянно растущий выбор совместимых продуктов
- Используется большим количеством цифровых интеллектуальных устройств, чем для любого другого промышленного протокола.
Введение
HART – это протокол передачи данных между полевыми устройствами, широко известный промышленный стандарт, основанный на передачи цифровых данных по линии связи 4-20 мА между интеллектуальными приборами. Применение этой технологии широко распространено, и сегодня подавляющее большинство крупнейших производителей приборов предлагает продукты с поддержкой HART протокола.
HART протокол обеспечивает уникальную обратную совместимость для интеллектуальных приборов, совмещая аналоговые линии 4-20мА с цифровым интерфейсом передачи данных, передаваемых одновременно по тем же проводам. HART обеспечивает множество преимуществ цифровых полевых протоколов, дополняя доступность и распространенность существующих систем 4-20 мА.
В среднем, устройства с HART протоколом обеспечивают до 10 000 – 15 000 рублей экономии на монтаже и пуско-наладке и до 3 000 – 5 000 экономии в год на эксплуатации и обслуживании для каждого прибора.
Аналоговая + Цифровая связь
Уже много лет, полевым стандартом передачи данных в системах автоматизации является аналоговый токовый сигнал (мА). В большинстве случаев он представляет собой милиамперный сигнал в диапазоне от четырех до двадцати ампер, величина которого пропорционально соответствует измеряемой величине. Этот сигнал используется повсеместно на предприятиях всех стран мира.
Одновременная Аналоговая + Цифровая связь
Полевое протокол передачи данных HART расширяет границы стандарта 4-20 мА до возможностей организации интеллектуальных систем измерения и управления процессами. Разработка этого протокола стала важным шагом в эволюции средств автоматизации и расширения возможностей приборов. Технология, расширяющая возможности передачи данных, получила название HART, что означает “Highway Addressable Remote Transducer” (высокоскоростной адресный удаленный передатчик).
Рисунок 1 - HART использует метод частотного сдвига для передачи
цифрового сигнала на верхнем уровне 4-20 мА аналогового сигнала
HART протокол обеспечивает двухсторонний обмен данным с цифровыми устройствами без прерывания аналогового сигнала 4-20 мА. И аналоговый 4-20 мА и цифровой HART сигнал могут передаваться одновременно по одним и тем же проводам. Основной параметр и состояние линии связи передаются через стандарт 4-20 мА, в то время как дополнительные измеряемые параметры, данные о процессе, настройки прибора, калибровочные данные и диагностическая информация передаются через HART протокол по тем же проводам в то же время. В отличии от других «открытых» цифровых протоколов для промышленных приборов, HART совместим с существующими системами, что значительно упрощает его планомерное внедрение с минимальными затратами.
Технология HART
В основе HART протокола заложен стандарт частотного сдвига Bell 202 Frequency Shift Keying (FSK) - модуляция цифрового сигнала на нижнем уровне сигнала 4-20 мА. При этом модуляция FSK никак не влияет на сигнал 4-20 мА. Логическая единица соответствует частоте 1200 Гц, а логический ноль соответствует частоте 2200 Гц, как показано на рисунках 1 и 2.
HART FSK передача данных обеспечивает двухстороннюю цифровую связь и делает возможным передачу дополнительной информации от или к интеллектуальному полевому устройству, не влияя на передачу основного параметрам. HART передает данные со скоростью 1200 бит в секунду и позволяет главному в сети (master) получать два и более пакета данных в секунду от полевого устройства.
Рисунок 2 - Цифровой сигнал HART накладывается на
4-20 мА аналоговый сигнал
Гибкое применение
HART построен по принципу master/slave протокола, что означает, что полевое устройство (slave) передает данные только в ответ на запросы другого устройства (master). В HART сети могут отправлять запросы к полевым устройствам (slave) два мастера (primary и secondary). Secondary мастер, например, переносной коммуникатор, может подключаться практические в любой точке сети и работать с полевыми устройствами без влияния на работу устройств с Primary мастером. Как правило, Primary мастерами являются контроллеры и компьютеры, т.е. центральные устройства в АСУТП. Типичная схема работы с двумя мастерами представлена на рис. 3.
HART протокол может использоваться в различных режимах связи от или к интеллектуальных полевых устройств и к центральному пульту управления или контролирующего оборудования. Цифровая передача master/slave в сочетании с аналоговым сигналом 4-20 мА очень распространены. В этом режиме, в то время как основной параметр стабильно передает по аналоговой сети 4-20 мА для организации контроля и управления процессом, параллельно дважды в секунду обновляется информация по дополнительным параметрам.
Рисунок 3 - HART протокол позволяет 2 устройствам типа "master"
обмениваться информацией с полевыми устройствами типа "slave"
Пример применения
Возможности HART протокола демонстрируются на рисунке 4. Этот пример применения иллюстрирует возможности одновременной передачи данных 4-20 мА и HART данных по одним и тем же проводам.
В этом пример, HART совместимый преобразователь имеет встроенную функцию ПИД регулирования. Устройство сконфигурировано таким образом, что сигнал в цепи 4-20 мА пропорционален значению регулирования по ПИД алгоритму, рассчитанному непосредственно в устройстве (то есть из преобразователя выходит сигнал не измеряемой величины). Поскольку в цепи 4-20 мА подается сигнал ПИД управления, то он используется для прямого управления клапаном.
Сигнальная цепь организована непосредственно между полевыми устройствами: преобразователей (с ПИД регулированием) и управляющим клапаном. Функция управления клапаном реализована на базе традиционного сигнала 4-20 мА, в то время, как связь по цифровому протоколу HART позволяет оператору изменять параметры алгоритма ПИД регулирования, получать информацию о первичной измеряемой величине и положении клапана.
Рисунок 4 - Некоторые приборы со встроенными ПИД алгоритмами и с HART
сокращают затраты на реализацию систем управления процессом
Лучшее решение
HART протокол обеспечивает потребителей лучшими решениями автоматизации с возможностью постепенного или частичного внедрения интеллектуальных полевых устройств в существующую систему. На сегодняшний день, никакая другую технология не может быть сопоставима со спектром линейки продукции с поддержкой HART. Технология проста для применения, а HART совместимые продукты выпускаются всеми основными производителями средств измерений и управления процессами.
Сложно представить, что какой-либо другой протокол передачи данных может заменить HART как при модернизации существующего производства, так и при построении абсолютно новых производственных процессов. HART предлагает пользователям множество тех же преимуществ, что и другие полевые протоколы, но при это сочетает в себе совместимость и простоту существующих систем 4-20 мА. HART даёт экономию затрат за счет удаленной связи, разнообразную и достоверную информацию о процессе, диагностику полевых устройств и мощный многопараметрический обмен данными без замены существующих систем управления.
Выбор HART при подключении к существующим и вновь строящимся АСУТП основан на широких возможностях цифровой передачи данных и огромным накопленным опытом (более 5 000 000 установок по всему миру).
Для поддержки и развития протокола HART существует организация HART Communication Foundation, которая гарантирует, что технология будет на работать на Ваше благо и сегодня и завтра.
Дополнительную информацию можно найти на официальном сайте HART:
