Протокол HART: что это такое и как работает

HART (Highway Addressable Remote Transducer, «адресуемый по шине удалённый датчик») — протокол передачи данных, который позволяет обмениваться цифровой информацией с датчиками и преобразователями поверх обычного аналогового сигнала 4–20 мА. Он не требует прокладки отдельных линий связи: цифровой сигнал накладывается на тот же токовый контур, по которому передаётся измеряемое значение.

Протокол разработан для интеллектуальных первичных устройств — приборов, внутри которых стоит микропроцессор. Это даёт возможности, которых нет у обычных аналоговых датчиков: более точные показания за счёт числовой компенсации нелинейности чувствительного элемента и температурной зависимости, работу с разными типами чувствительных элементов, объединение нескольких измерений в один параметр.

Технические характеристики

Как цифровой сигнал уживается с аналоговым

Среднее значение синусоидального частотного сигнала равно нулю. Поэтому в существующий токовый сигнал 4–20 мА не добавляется никакая постоянная составляющая, несмотря на прохождение цифровых данных. Существующие аналоговые приборы продолжают работать как обычно: низкочастотная фильтрация эффективно отбрасывает коммуникационный сигнал.

Принцип «главный — подчинённый»

HART построен по схеме «главный — подчинённый»: инициатором обмена всегда выступает главное устройство (конфигуратор, система управления, коммуникатор). Подчинённое устройство отвечает только на полученный запрос. Поддерживается также работа с несколькими главными устройствами в одном контуре — например, когда параллельно работают система управления и переносной конфигуратор.

Предусмотрен пакетный режим, при котором подчинённое устройство передаёт данные без отдельного запроса от главного — это увеличивает скорость получения измерений.

Структура сообщения

Формат сообщения HART имеет фиксированную структуру. Он бывает длинным и коротким — в зависимости оттого, нужна ли расширенная адресация.

• Преамбула — последовательность для синхронизации приёмника.
• Стартовый символ — определяет тип и формат кадра.
• Адрес — адрес источника и назначения.
• Команда — номер команды, определяющей действие.
• Количество байт — длина поля данных.
• Статус — состояние устройства и результат выполнения.
• Данные — передаваемое значение или параметр.
• Контрольная сумма — для обнаружения искажений.

Команды HART

Команды делятся на три группы. Такое разделение обеспечивает совместимость приборов разных производителей и поколений.

Благодаря универсальным командам любое HART-устройство можно прочитать стандартным конфигуратором, не имея описания конкретной модели.

Что даёт HART на практике

• Настройка без доступа к прибору — параметры датчика можно изменить дистанционно, с конфигуратора или из системы управления.
• Считывание дополнительных данных — вместе с измеряемым значением передаются диагностика, статус, температура прибора.
• Калибровка и поверка — процедуры выполняются по цифровому каналу, без разрыва токового контура.
• Сохранение существующей инфраструктуры — прокладка новых линий не требуется.
• Переход к цифровым системам — HART занимает промежуточное положение между аналоговыми приборами 4–20 мА и полностью цифровыми шинами (Fieldbus).

Место HART среди других стандартов

Развитие приборов шло последовательно: от пневматических устройств (сигнал 3–5 фунт/дюйм²) — через аналоговые электронные (4–20 мА) — к интеллектуальным приборам с одновременно аналоговой и цифровой связью (HART) — и далее к высокоскоростной полностью цифровой связи по Fieldbus.

Протокол поддерживается некоммерческим Фондом HART Коммуникаций, который ведёт спецификацию и техническую поддержку.

Как это относится к оборудованию Emerson

HART поддерживают датчики давления Rosemount, расходомеры Micro Motion, вихревые и индукционные расходомеры, датчики температуры и уровнемеры. Цифровой канал позволяет считывать с них не только измеренное значение, но и диагностику, и настраивать параметры дистанционно.

Для работы с HART-приборами применяются конфигураторы и системы управления — например, DeltaV и программное обеспечение AMS.

Документация

Технический обзор протокола HART, по которому составлена эта страница, доступен на сайте:

HART: технический обзор (PDF, 46 страниц)

Для подбора приборов с поддержкой HART, конфигураторов и систем управления направьте параметры задачи: тип измеряемого параметра, рабочий диапазон, условия эксплуатации и требуемый протокол связи.