HART ( Highway Addressable Remote Transducer ) är en uppsättning kommunikationsstandarder för industriella nätverk .
Designad för att ansluta industriella sensorer . Inkluderar trådbundna och trådlösa fysiska lager, samt ett utbytesprotokoll. Den trådbundna versionen gör att digital data och ström kan överföras över två ledningar samtidigt som kompatibiliteten med analoga 4-20mA strömslingsensorer bibehålls .
Det ursprungliga HART -protokollet utvecklades i mitten av 1980-talet av det amerikanska företaget Rosemount . 1986 fick den namnet HART och blev en öppen standard .
Sedan 1993 har teknikägaren och standardiseringsorganet varit HART Communication Foundation. Sedan 2014, efter sammanslagningen av Fieldbus Foundation och HART Communication Foundation, har HART-specifikationerna underhållits av FieldComm Group .
| revision | År | |
|---|---|---|
| 2.0 | 1986 | Första öppna specifikationen. |
| 3.0 | 1987 | |
| 4.0 | 1988 | |
| 5.0 | 1989 | |
| 6,0 | 2001 | |
| 7,0 | 2007 | Lade till WirelessHART. |
| 7.5 | 2012 | nuvarande specifikation. |
Sedan HART revision 5.0 har specifikationen behållit protokollkompatibilitet från botten och upp. Det vill säga att nya ändringar görs för att inte påverka befintlig funktionalitet. HART 4-specifikationer och tidigare kan vara protokollinkompatibla med efterföljande revisioner.
Standarden inkluderar 17 dokument som täcker både trådbundna och trådlösa (WirelessHART) gränssnittsalternativ [1] . För 2017 har basspecifikationen en revidering av HART 7 (dokument HCF-SPEC-13). Policyn för distribution av officiella specifikationer ger antingen medlemskap i en standardiseringsorganisation eller köp av papperskopior av standarden, som inte är offentligt tillgängliga.
Några av de trådbundna HART-specifikationerna ingår i IEC 61158-CPF9-standarden. WirelessHART är standardiserad som IEC 62591:2010.
Standarden definierar tre lager av OSI-modellen - det fysiska lagret , länklagret och applikationslagret. Det finns två fysiska nivåer - den gamla med frekvensmodulering och den nya med fasmodulering. Länklagret definierar ramstrukturen. Tillämpad - kommandouppsättningar.
Det fysiska HART-skiktet är gjort ovanpå strömslingan i 4-20 mA-standarden. Data överförs genom strömmodulering med en amplitud på ±0,5 mA med ett spektrum över 500 Hz, DC-komponenten är inte tillåten. I detta fall måste spektrumet för den analoga signalen för strömslingan begränsas till 25 Hz. Minsta motstånd för strömförsörjningsledningen (signalmottagare 4-20 mA) 230 Ohm. Således strömförs sensorn, dess primära avläsningar och sekundär information tas via två ledningar.
FrekvensmoduleringDen ursprungliga standarden tillät endast en takt och en typ av modulering, lånad från Bell 202 -modemstandarden: 1200/2200 Hz FSK vid 1200 baud . HART använder en hel cykel på 1200 Hz för att sända en logisk "1" och två partiella cykler på 2200 Hz för att sända en logisk "0". Separationen av mottagnings- och sändningskanalerna är tillfällig, det vill säga endast en sändare fungerar åt gången. Detta fysiska lager är standardiserat i HCF_SPEC-54.
Frekvensmodulerat läge är obligatoriskt för alla HART-enheter.
FasmoduleringDärefter kompletterades standarden med en snabbare fasmoduleringsvariant . Bärvåg 3200 Hz, 8-positions fasförskjutningsnyckel per bärvågsperiod (dvs symbolhastighet 3200 baud), datahastighet 9600 bps (dvs 3 bitar är kodade med en symbol) [2] . Standarden definierar PM-moduleringsalternativet som valfritt och rekommenderar att du återgår till FM om det finns kommunikationsproblem. Detta fysiska lager är standardiserat i HCF_SPEC-60.
MeddelandeUtbytet utförs av meddelanden - oskiljbara datamängder. Varje meddelande innehåller en inledning för mottagardemodulatorsynkronisering och en uppsättning data som kallas en ram. Det finns pauser mellan meddelanden, under vilka ingen modulering går till linjen. Data överförs i byte i formatet av ett asynkront gränssnitt , det vill säga den är utrustad med en start-, stoppbit och en paritetsbit för att kontrollera mottagningens integritet.
I FM-läge är ingressen 5 till 20 byte 0xFF av samma asynkrona gränssnittsformat. Slavar använder vanligtvis den minsta preambellängden för dem, nätverksmastern är skyldig att starta utbytet med den maximala ingresslängden och kan minska den om slavenheterna tillåter. I fasmoduleringsläge är ingressen annorlunda, men ramstrukturen är densamma.
KabeldragningStandarden rekommenderar användning av skärmad kabel med ett tvärsnitt på minst 24 AWG (0,2 mm 2 ) för anslutning av enheter. Utvärderingstabell för maximal rekommenderad längd beroende på kabelkapacitans per kabel för en tråd med ett tvärsnitt på 18 AWG (0,8 mm 2 ):
| Antal enheter på linjen | 65 pF/m | 95 pF/m | 160 pF/m | 225 pF/m |
|---|---|---|---|---|
| ett | 2769 m | 2000 m | 1292 m | 985 m |
| 5 | 2462 m | 1815 m | 1138 m | 892 m |
| femton | 1846 m | 1415 m | 892 m | 708 m |
HART-protokollet är byggt på principen "Master - Slave" med utbyte av paket av formen "kommando + data". Det vill säga, nätverket har en master som genererar förfrågningar och en eller flera slavenheter som svarar på masterns begäran.
Multi-masterProtokollet tillåter närvaron av två styrenheter (masters). De kallas Primary Master och Secondary Master. Den andra mastern kan fungera som en kontroll- och konfigurationsterminal som låter dig komma åt enheterna utan att stänga av eller på annat sätt störa driften av utrustningen. Tillåten "het" anslutning av den andra mastern.
MultidropFrån början tillät HART endast en slav per linje. Den genererade en analog signal på 4-20 mA och svarade, oavsett den analoga signalen, på masterns förfrågningar. Detta läge kallades Point-to-Point. Från och med HART 3 introducerade de möjligheten att ansluta upp till 15 enheter till ett par ledningar och upp till 63 enheter med HART 6. I det här läget, som kallas Multi-drop, fixerar enheterna den analoga utgången till 4 mA och använder nätverksadressering i protokollet.
RamformatRamdatastrukturen visas i tabellen:
| Fält namn | Längd (byte) | Ändamål |
|---|---|---|
| Avgränsare | ett | Används för att bestämma början av ramen, masternumret och närvaron av expansionsfältet |
| Adress | 1 eller 5 | Innehåller destinationsnätverksadress, Burst Mode-indikator |
| [expansion] | 0-3 | |
| kommando | ett | Kommandokod |
| Antal byte | ett | Storlek på Status+Data-fält |
| [status] | 0 eller 2 | Slavstatus. Saknas i masterramar |
| [Data] | 0-255 | Kommandodata |
| CheckBytes | ett | XOR för alla meddelandebyte från avgränsare till sista databyte |
Anger överföringsriktningen (master till slav eller vice versa), längden på adress och expansionsfält.
AdressUrsprungligen var längden på adressfältet en byte, 4 bitar tilldelades för enhetsadressering. Således kunde det bara finnas 16 enheter på nätverket, inklusive nätverksmastern. Från och med HART 6 utökades adressfältet till 5 byte, 38 bitar tilldelades för enhetsadressering och enheter i nätverket adresseras nu med sina unika nummer.
ExpansionValfritt fält, introducerat sedan HART version 6. Längden anges i avgränsningsbyten.
kommandoKommandokoder är indelade i flera grupper. Från och med HART 6 kan kommandokoden expanderas till två byte, som är de första i fältet Data.
I september 2007 släppte HART Communication Foundation en ny trådlös standard , WirelessHART . WirelessHART använde IEEE 802.15.4-2006 (ISM-band) Time Division Multiplexing (TDMA) trådlös nätverksstandard som radiolänk . Trafiken är krypterad (AES 128).
WirelessHART är en del av den nya HART 7-specifikationen och är även standardiserad som IEC 62591:2016. WirelessHART -enhetsspecifikation HCF_SPEC -290.
WirelessHART-nätverket är självorganiserande. För att lägga till en enhet i nätverket anger du bara lösenordet för nätverksåtkomst. Vid behov kan enheter bygga relätopologin själva. Avstånden mellan nätverksnoder kan nå flera kilometer.
Det finns en nätverkshanteringsspecifikation HCF_SPEC-085 som definierar HART-tunnling över vanliga TCP/IP-nätverk.
| UART | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fysiska lager |
| ||||||
| Protokoll |
| ||||||
| Användningsområden | |||||||
| Genomföranden |
| ||||||