HART протокол. Краткое описание

В середине 80-х годов американская компания Rosemount разработала протокол Highway Addressable Remote Transducer (HART). В начале 90-х годов протокол был дополнен и стал открытым коммуникационным стандартом.

HART протокол построен по принципу главный-подчиненный. В качестве первичного ведущего устройства, как правило, используется устройство связи с объектом (УСО) или программируемый логический контроллер, а в качестве вторичного – портативный HART-терминал или отладочный ПК с соответствующим модемом. При этом аналоговый токовый сигнал передается от ведомого прибора к соответствующему ведущему устройству. Цифровые сигналы могут приниматься или передаваться как от ведущего, так и от ведомого устройства. Так как цифровой сигнал наложен на аналоговый, процесс передачи аналогового сигнала происходит без прерывания.

В многоточечном режиме до 15 ведомых устройств (slave) могут соединяться параллельно двухпроводной линией с теми же двумя ведущими устройствами (master). При этом по линии осуществляется только цифровая связь. Сигнал постоянного тока 4 мА обеспечивает вспомогательное питание ведомых приборов по сигнальным линиям.

Модуляция сигнала в HART-протоколе

HART-протокол основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции (Frequency Shift Keying, FSK), в соответствии с широко распространенным коммуникационным стандартом Bell 202. Цифровая информация передаётся частотами 1200 Гц (логическая 1) и 2200 Гц (логический 0), которые накладываются на аналоговый токовый сигнал.

Частотно-модулированный сигнал является двухполярным и при применении соответствующей фильтрации не влияет на основной аналоговый сигнал 4-20 мА. Скорость передачи данных для HART составляет 1,2 кбит/с. Каждый HART-компонент требует для цифровой передачи соответствующего модема.

Благодаря наличию двух ведущих устройств каждое из них может быть готово к передаче через 270 мс (время ожидания). Цикл обновления данных повторяется 2-3 раза в секунду в режиме запрос/ответ и 3-4 раза в секунду в пакетном режиме. Несмотря на относительно большую длительность цикла, в большинстве случаев он является достаточным для управления непрерывными процессами.

HART-сообщения кодируются как последовательность 8-разрядных байт, которые передаются по кабелю последовательной связи, к каждому байту добавляются стартовый бит, бит четности и стоп бит.Это позволяет принимающему устройству распознавать начало каждого символа и обнаружить ошибку в разрядах из-за шума в электросети или других помех. HART использует проверку на нечетность. Таким образом, одиночный 8-разрядный байт посылается как следующая последовательность единиц и нулей:

В HART протоколе принята следующая структура сообщения:

HART протокол является асинхронным; последовательно идущие друг за другом символы могут быть разделены периодами простоя. HART протокол является полудуплексным; после завершения передачи сообщения сигнал частотного сдвига может быть отключен, чтобы позволить передавать сигналы другим станциям.