HART ( Highway Addressable Remote Transducer ) er et sæt kommunikationsstandarder for industrielle netværk .
Designet til at forbinde industrielle sensorer . Inkluderer kablede og trådløse fysiske lag samt en udvekslingsprotokol. Den kablede version gør det muligt at overføre digitale data og strøm over to ledninger, samtidig med at kompatibiliteten med analoge 4-20mA strømsløjfesensorer bevares.
Den originale HART-protokol blev udviklet i midten af 1980'erne af det amerikanske firma Rosemount . I 1986 fik den navnet HART og blev en åben standard .
Siden 1993 har teknologiejeren og standardiseringsorganet været HART Communication Foundation. Siden 2014, efter fusionen af Fieldbus Foundation og HART Communication Foundation, er HART-specifikationerne blevet vedligeholdt af FieldComm Group .
| revision | År | |
|---|---|---|
| 2.0 | 1986 | Første åbne specifikation. |
| 3.0 | 1987 | |
| 4.0 | 1988 | |
| 5,0 | 1989 | |
| 6,0 | 2001 | |
| 7,0 | 2007 | Tilføjet WirelessHART. |
| 7.5 | 2012 | nuværende specifikation. |
Siden HART revision 5.0 har specifikationen bevaret protokolkompatibilitet fra bunden og op. Det vil sige, at der laves nye ændringer for ikke at påvirke den eksisterende funktionalitet. HART 4-specifikationer og tidligere kan være protokolinkompatibel med efterfølgende revisioner.
Standarden omfatter 17 dokumenter, der dækker både kablede og trådløse (WirelessHART) interfacemuligheder [1] . For 2017 har basisspecifikationen en revision af HART 7 (dokument HCF-SPEC-13). Politikken for distribution af officielle specifikationer giver mulighed for enten medlemskab af en standardiseringsorganisation eller køb af papirkopier af standarden, som ikke er offentligt tilgængelige.
Nogle af de kablede HART-specifikationer er inkluderet i IEC 61158-CPF9-standarden. WirelessHART er standardiseret som IEC 62591:2010.
Standarden definerer tre lag af OSI-modellen - det fysiske lag , linklaget og applikationslaget. Der er to fysiske niveauer - det gamle med frekvensmodulation og det nye med fasemodulation. Linklaget definerer rammestrukturen. Anvendt - kommandosæt.
Det fysiske HART-lag er lavet oven på strømsløjfen i 4-20 mA-standarden. Data transmitteres ved strømmodulation med en amplitude på ±0,5 mA med et spektrum over 500 Hz, DC-komponenten er ikke tilladt. I dette tilfælde skal spektret af det analoge signal i strømsløjfen begrænses til 25 Hz. Minimumsmodstanden for strømforsyningsledningen (signalmodtager 4-20 mA) 230 Ohm. Således får sensoren strøm, dens primære aflæsninger og sekundære informationer tages via to ledninger.
FrekvensmodulationDen originale standard tillod kun én hastighed og én form for modulering, lånt fra Bell 202- modemstandarden: 1200/2200 Hz FSK ved 1200 baud . HART bruger en hel cyklus på 1200 Hz til at transmittere en logisk "1", og to delvise cyklusser på 2200 Hz til at transmittere en logisk "0". Adskillelsen af modtage- og sendekanalerne er midlertidig, det vil sige, at kun én sender fungerer ad gangen. Dette fysiske lag er standardiseret i HCF_SPEC-54.
Frekvensmoduleret tilstand er obligatorisk for alle HART-enheder.
FasemodulationEfterfølgende blev standarden suppleret med en hurtigere fasemodulationsvariant . Bærebølge 3200 Hz, 8-positions faseforskydningsnøgle pr. bærebølgeperiode (dvs. symbolhastighed 3200 baud), datahastighed 9600 bps (dvs. 3 bits er kodet med ét symbol) [2] . Standarden definerer PM-modulationsmuligheden som valgfri og anbefaler at vende tilbage til FM, hvis der er kommunikationsproblemer. Dette fysiske lag er standardiseret i HCF_SPEC-60.
BeskedUdvekslingen udføres af beskeder - uadskillelige datasæt. Hver meddelelse indeholder en præamble for modtagerdemodulatorsynkronisering og et sæt data kaldet en ramme. Der er pauser mellem beskeder, hvor der ikke går nogen modulation til linjen. Data transmitteres i bytes i formatet af en asynkron grænseflade , det vil sige, at den er udstyret med en start-, stopbit og en paritetsbit for at kontrollere modtagelsens integritet.
I FM-tilstand er præamblen 5 til 20 bytes 0xFF af det samme asynkrone interfaceformat. Slaver bruger normalt den mindste præambellængde til dem, netværksmasteren er forpligtet til at starte udvekslingen med den maksimale præambellængde og kan reducere den, hvis slaveenhederne tillader det. I fasemodulationstilstand er præamblen anderledes, men rammestrukturen er den samme.
LedningsføringStandarden anbefaler brug af skærmet kabel med et tværsnit på mindst 24 AWG (0,2 mm 2 ) til tilslutning af enheder. Evalueringstabel over den maksimalt anbefalede længde afhængig af kabelkapaciteten pr. kabel for en ledning med et tværsnit på 18 AWG (0,8 mm 2 ):
| Antal enheder på linjen | 65 pF/m | 95 pF/m | 160 pF/m | 225 pF/m |
|---|---|---|---|---|
| en | 2769 m | 2000 m | 1292 m | 985 m |
| 5 | 2462 m | 1815 m | 1138 m | 892 m |
| femten | 1846 m | 1415 m | 892 m | 708 m |
HART-protokollen er bygget på princippet om "Master - Slave" med udveksling af pakker af formen "kommando + data". Det vil sige, at netværket har en master, der genererer anmodninger, og en eller flere slave-enheder, der reagerer på masterens anmodning.
Multi-masterProtokollen tillader tilstedeværelsen af to kontrolenheder (mastere). De kaldes Primary Master og Secondary Master. Den anden master kan fungere som en kontrol- og konfigurationsterminal, der giver dig adgang til enhederne uden at lukke ned eller på anden måde forstyrre udstyrets drift. Tilladt "hot" forbindelse af den anden master.
MultidropI starten tillod HART kun én slave pr. linje. Den genererede et analogt signal på 4-20 mA og reagerede uanset det analoge signal på masterens anmodninger. Denne tilstand blev kaldt Point-to-Point. Startende med HART 3 introducerede de muligheden for at forbinde op til 15 enheder til et par ledninger og op til 63 enheder med HART 6. I denne tilstand, kaldet Multi-drop, fikserer enhederne den analoge udgang til 4 mA og bruger netværksadressering i protokollen.
RammeformatRammedatastrukturen er vist i tabellen:
| Feltnavn | Længde (byte) | Formål |
|---|---|---|
| Afgrænsning | en | Bruges til at bestemme starten af rammen, masternummeret og tilstedeværelsen af feltet Udvidelse |
| adresse | 1 eller 5 | Indeholder destinationsnetværksadresse, Burst Mode-indikator |
| [udvidelse] | 0-3 | |
| kommando | en | Kommandokode |
| Bytetælling | en | Størrelse på status+datafelter |
| [status] | 0 eller 2 | Slave status. Mangler i masterrammer |
| [Data] | 0-255 | Kommandodata |
| CheckBytes | en | XOR for alle meddelelsesbytes fra Delimiter til sidste databyte |
Specificerer overførselsretningen (master til slave eller omvendt), længden af adresse og udvidelsesfelter.
AdresseTil at begynde med var længden af adressefeltet en byte, 4 bit blev tildelt til enhedsadressering. Der kunne således kun være 16 enheder på netværket, inklusive netværksmasteren. Fra HART 6 blev adressefeltet udvidet til 5 bytes, 38 bits blev tildelt til enhedsadressering, og enheder på netværket adresseres nu med deres unikke numre.
UdvidelseValgfrit felt, indført siden HART version 6. Længden er angivet i Delimiter-byten.
kommandoKommandokoder er opdelt i flere grupper. Fra og med HART 6 kan kommandokoden udvides til to bytes, som er de første i feltet Data.
I september 2007 udgav HART Communication Foundation en ny trådløs standard , WirelessHART . WirelessHART brugte IEEE 802.15.4-2006 (ISM-bånd) Time Division Multiplexing (TDMA) trådløs netværksstandard som radiolink . Trafikken er krypteret (AES 128).
WirelessHART er en del af den nye HART 7-specifikation og er også standardiseret som IEC 62591:2016. WirelessHART -enhedsspecifikation HCF_SPEC -290.
WirelessHART-netværket er selvorganiserende. For at tilføje en enhed til netværket skal du blot indtaste adgangskoden til netværksadgang. Om nødvendigt kan enheder selv bygge relætopologien. Afstande mellem netværksknuder kan nå flere kilometer.
Der er en Network Management Specification HCF_SPEC-085, der definerer HART-tunneling over standard TCP/IP-netværk.
| UART | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fysiske lag |
| ||||||
| Protokoller |
| ||||||
| Anvendelsesområder | |||||||
| Implementeringer |
| ||||||