HART ( Highway Addressable Remote Transducer ) on joukko tietoliikennestandardeja teollisuusverkkoja varten .
Suunniteltu kytkemään teollisuusantureita . Sisältää langalliset ja langattomat fyysiset kerrokset sekä vaihtoprotokollan. Langallinen versio mahdollistaa digitaalisen tiedon ja tehon siirtämisen kahdella johdolla säilyttäen samalla yhteensopivuuden analogisten 4-20 mA virtasilmukka -anturien kanssa.
Alkuperäisen HART-protokollan kehitti 1980 - luvun puolivälissä amerikkalainen Rosemount . Vuonna 1986 se sai nimen HART ja siitä tuli avoin standardi .
Vuodesta 1993 lähtien teknologian omistaja ja standardointielin on ollut HART Communication Foundation. Vuodesta 2014 lähtien Fieldbus Foundationin ja HART Communication Foundationin yhdistymisen jälkeen FieldComm Group on ylläpitänyt HART-spesifikaatioita .
| tarkistus | vuosi | |
|---|---|---|
| 2.0 | 1986 | Ensimmäinen avoin erittely. |
| 3.0 | 1987 | |
| 4.0 | 1988 | |
| 5.0 | 1989 | |
| 6.0 | 2001 | |
| 7.0 | 2007 | Lisätty WirelessHART. |
| 7.5 | 2012 | nykyinen erittely. |
HART-versiosta 5.0 lähtien spesifikaatio on säilyttänyt protokollan yhteensopivuuden alhaalta ylöspäin. Toisin sanoen uusia muutoksia tehdään, jotta ne eivät vaikuta olemassa oleviin toimintoihin. HART 4 -spesifikaatiot ja aikaisemmat voivat olla protokollaa yhteensopimattomia myöhempien versioiden kanssa.
Standardi sisältää 17 asiakirjaa, jotka kattavat sekä langallisen että langattoman (WirelessHART) liitäntävaihtoehdot [1] . Vuodelle 2017 perusspesifikaatiossa on HART 7 -versio (asiakirja HCF-SPEC-13). Virallisten eritelmien jakelupolitiikka edellyttää joko standardointiorganisaation jäsenyyttä tai standardin paperikopioiden ostamista, jotka eivät ole julkisesti saatavilla.
Jotkut langallisista HART-määrityksistä sisältyvät IEC 61158-CPF9 -standardiin. WirelessHART on standardoitu IEC 62591:2010 -standardilla.
Standardi määrittelee kolme OSI-mallin kerrosta - fyysisen kerroksen , linkkikerroksen ja sovelluskerroksen. Fyysisiä tasoja on kaksi - vanha taajuusmodulaatiolla ja uusi vaihemodulaatiolla. Linkkikerros määrittää kehysrakenteen. Sovellettu - komentosarjat.
Fyysinen HART-kerros on tehty 4-20 mA standardin virtasilmukan päälle . Tiedot siirretään virtamodulaatiolla ±0,5 mA amplitudilla yli 500 Hz:n spektrillä, DC-komponentti ei ole sallittu. Tässä tapauksessa virtasilmukan analogisen signaalin spektri on rajoitettava 25 Hz:iin. Virtajohdon minimiresistanssi (signaalivastaanotin 4-20 mA) 230 ohm. Siten anturi saa virtaa, sen ensisijaiset lukemat ja toissijaiset tiedot otetaan kahden johdon kautta.
TaajuusmodulaatioAlkuperäinen standardi salli vain yhden nopeuden ja yhdenlaisen modulaation, lainattu Bell 202 -modeemistandardista : 1200/2200 Hz FSK 1200 baudilla . HART käyttää yhtä täyttä 1200 Hz:n jaksoa loogisen "1" lähettämiseen ja kahta 2200 Hz:n osittaista jaksoa loogisen "0" lähettämiseen. Vastaanotto- ja lähetyskanavien erottelu on väliaikainen, eli vain yksi lähetin toimii kerrallaan. Tämä fyysinen kerros on standardoitu HCF_SPEC-54:ssä.
Taajuusmoduloitu tila on pakollinen kaikille HART-laitteille.
VaihemodulaatioMyöhemmin standardia täydennettiin nopeammalla vaihemodulaatioversiolla . Kantoaaltotaajuus 3200 Hz, 8-paikkainen vaihesiirtoavainnus kantoaaltojaksoa kohden (eli symbolinopeus 3200 baudia), datanopeus 9600 bps (eli 3 bittiä on koodattu yhdellä symbolilla) [2] . Standardi määrittelee PM-modulaatiovaihtoehdon valinnaiseksi ja suosittelee palaamista FM-tilaan, jos tietoliikenneongelmia ilmenee. Tämä fyysinen kerros on standardoitu HCF_SPEC-60:ssä.
ViestiVaihto tapahtuu viesteillä - erottamattomilla tietojoukoilla. Jokainen viesti sisältää johdanto-osan vastaanottimen demodulaattorin synkronointia varten ja datajoukon, jota kutsutaan kehykseksi. Viestien välissä on taukoja, joiden aikana linjalle ei mene modulaatiota. Data lähetetään tavuina asynkronisen rajapinnan muodossa , eli se on varustettu aloitus-, lopetusbitillä ja pariteettibitillä vastaanoton eheyden tarkistamiseksi.
FM-tilassa johdanto on 5-20 tavua 0xFF samaa asynkronista liitäntämuotoa. Slave-laitteet käyttävät yleensä niille pienintä alustusosan pituutta, verkkoisäntä on velvollinen aloittamaan vaihdon suurimmalla alustusosan pituudella ja voi lyhentää sitä, jos orjalaitteet sallivat. Vaihemodulaatiotilassa johdanto on erilainen, mutta kehysrakenne on sama.
JohdotusStandardi suosittelee suojatun kaapelin käyttöä, jonka poikkileikkaus on vähintään 24 AWG (0,2 mm 2 ) laitteiden liittämiseen. Arviointitaulukko suurimmasta suositellusta pituudesta riippuen kaapelin kapasitanssista kaapelia kohti johdolle, jonka poikkileikkaus on 18 AWG (0,8 mm 2 ):
| Linjan laitteiden määrä | 65 pF/m | 95 pF/m | 160 pF/m | 225 pF/m |
|---|---|---|---|---|
| yksi | 2769 m | 2000 m | 1292 m | 985 m |
| 5 | 2462 m | 1815 m | 1138 m | 892 m |
| viisitoista | 1846 m | 1415 m | 892 m | 708 m |
HART-protokolla on rakennettu "Master - Slave" -periaatteelle, jossa vaihdetaan paketteja muodossa "komento + data". Toisin sanoen verkossa on isäntä, joka tuottaa pyyntöjä, ja yksi tai useampi orjalaite, joka vastaa isännän pyyntöön.
Multi-masterProtokolla sallii kahden ohjauslaitteen (master) läsnäolon. Niitä kutsutaan ensisijaiseksi mestariksi ja toissijaiseksi mestariksi. Toinen isäntä voi toimia ohjaus- ja konfigurointipäätteenä, jonka avulla pääset käsiksi laitteisiin sammuttamatta tai muuten häiritsemättä laitteiden toimintaa. Sallittu "kuuma" yhteys toiselle isännälle.
MultidropAluksi HART salli vain yhden orjan linjaa kohden. Se tuotti 4-20 mA analogisen signaalin ja vastasi analogisesta signaalista riippumatta isäntälaitteen pyyntöihin. Tätä tilaa kutsuttiin pisteestä pisteeseen. HART 3:sta alkaen he esittelivät mahdollisuuden liittää jopa 15 laitetta yhteen johtopariin ja jopa 63 laitetta HART 6:lla. Tässä tilassa, nimeltään Multi-drop, laitteet kiinnittävät analogisen lähdön 4 mA:iin ja käyttävät verkko-osoitteita protokollassa.
KehysmuotoKehystietorakenne näkyy taulukossa:
| Kenttä nimi | Pituus (tavu) | Tarkoitus |
|---|---|---|
| Erotin | yksi | Käytetään määrittämään kehyksen alku, päänumero ja laajennuskentän olemassaolo |
| osoite | 1 tai 5 | Sisältää kohdeverkko-osoitteen, Burst Mode -ilmaisimen |
| [laajennus] | 0-3 | |
| komento | yksi | Komentokoodi |
| Tavujen määrä | yksi | Tila+tietokenttien koko |
| [Tila] | 0 tai 2 | Orjan tila. Puuttuu master-kehyksistä |
| [Data] | 0-255 | Komentotiedot |
| Check Bytes | yksi | XOR kaikille viestitavuille erottimesta viimeiseen datatavuun |
Määrittää siirtosuunnan (isäntä orjalle tai päinvastoin), osoite- ja laajennuskenttien pituuden.
OsoiteAluksi osoitekentän pituus oli yksi tavu, laiteosoitteita varten varattiin 4 bittiä. Näin ollen verkossa saattoi olla vain 16 laitetta, mukaan lukien verkon isäntä. HART 6:sta alkaen osoitekenttä laajennettiin 5 tavuun, 38 bittiä varattiin laiteosoitteisiin, ja verkossa olevat laitteet osoitetaan nyt yksilöllisillä numeroilla.
LaajentaminenValinnainen kenttä, otettu käyttöön HART-versiosta 6 lähtien. Pituus määritetään Erotintavussa.
komentoKomentokoodit on jaettu useisiin ryhmiin. HART 6:sta alkaen komentokoodi voi laajentua kahteen tavuun, jotka ovat ensimmäiset Data-kentässä.
Syyskuussa 2007 HART Communication Foundation julkaisi uuden langattoman standardin , WirelessHART . WirelessHART käytti radiolinkkinä IEEE 802.15.4-2006 (ISM-kaista) Time Division Multiplexing (TDMA) -verkkostandardia . Liikenne on salattua (AES 128).
WirelessHART on osa uutta HART 7 -spesifikaatiota, ja se on myös standardoitu IEC 62591:2016:ksi. WirelessHART Device Specification HCF_SPEC -290 .
WirelessHART-verkko on itseorganisoituva. Jos haluat lisätä laitteen verkkoon, syötä vain verkon salasana. Tarvittaessa laitteet voivat rakentaa itse reletopologian. Verkkosolmujen väliset etäisyydet voivat olla useita kilometrejä.
On olemassa verkonhallintamääritys HCF_SPEC-085, joka määrittelee HART-tunneloinnin tavallisten TCP/IP-verkkojen yli.
| UART | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fyysiset kerrokset |
| ||||||
| Protokollat |
| ||||||
| Käyttöalueet | |||||||
| Toteutukset |
| ||||||