logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Protokół HART - podstawy komunikacji cyfrowej po 4-20 mA

ghost666 19 Lut 2018 20:33 6960 4
  • Komunikacja w systemach automatyki przemysłowej jest niezwykle istotna, ponieważ umożliwia wymianę komend, danych oraz innych informacji pomiędzy różnymi modułami w fabryce. Jednym z tego rodzaju systemów komunikacji jest tzw. pętla prądowa, w której dane analogowe są kodowane jako wartość prądu płynącego przez pętlę, typowo w zakresie od 4 do 20 mA. Zaletą tego rozwiązania jest duży zasięg i spora odporność na zakłócenia takiego interfejsu. Wadą jednakże jest fakt, że naraz przekazywana może być tylko jedna zmienna.

    Rozwiązaniem tego ograniczenia może być tak zwany interfejs HART (ang. Highway Addressable Remote Transducer). Jest to protokół, który wykorzystuje tą samą warstwę fizyczną, jednakże koduje w analogowych danych cyfrowe informacje. W poniższym materiale przyjrzymy się jak dokładnie działa.

    W protokole HART stosuje się tak zwaną modulację FSK. Polega ona na skokowej zmianie częstotliwości sygnału sinusoidalnego, co pozwala na transmisję danych cyfrowych. Na początku lat '90 XX wieku tego rodzaju modulację wprowadziły sieci telefoniczne jako standard Bell 202. Kodowano w ten sposób informacje, takie jak numer telefonu dzwoniącego, co przekazywane było do odbiorcy po tych samych liniach, co sygnał analogowy. Dane transmitowano z prędkością 1200 bitów na sekundę, a częstotliwości modulowanego sygnału wynosiły, 1200 Hz i 2200 Hz, dla - odpowiednio - jedynki i zera. Na rysunku 1 pokazano ideowo, jak wyglądają sygnały FSK - modulujący i zmodulowany.

    Protokół HART - podstawy komunikacji cyfrowej po 4-20 mA
    Rys.1. Modulacja sygnałem cyfrowym z pomocą zmiany częstotliwości.


    Dzięki wykorzystaniu modulacji FSK sygnał cyfrowy - w tym przypadku numer telefonu i transmitowany głos nie przeszkadzały sobie nawzajem, więc możliwe jest wykorzystanie tej samej infrastruktury do przekazywania danych cyfrowych i analogowych naraz. Muszą one oczywiście być odpowiednio odfiltrowane od siebie i rozdzielone u odbiorcy, ale nie jest to wielki problem dla np. modemu HART, który wykorzystuje właśnie taki rodzaj modulacji jak opisano w standardzie Bell 202. Cyfrowe informacje, takie jak dane sensora czy numer identyfikacyjny urządzenia przekazywane są wraz z analogowym sygnałem z sensora poprzez pętlę prądową 4-20 mA. Taki system typowo nazywa się systemem hybrydowym. Na rysunku 2 pokazano w uproszczeniu, jak działa tego rodzaj system, przekazując z jednej strony dane analogowe po pętli, a z drugiej strony cyfrowe, modulacją częstotliwości.

    Protokół HART - podstawy komunikacji cyfrowej po 4-20 mA
    Rys.2. Informacje HART na linii 4-20 mA.


    Protokół HART działa w dwóch zasadniczych trybach - pomiędzy dwoma punktami oraz pomiędzy wieloma punktami. W tym pierwszym przypadku sygnał nadaje dane cyfrowe po klasycznej linii 4-20 mA, co umożliwia przesyłanie tak danych analogowych, jak i cyfrowych. W przypadku wielopunktowej sieci HART prąd ustalany jest na sztywno na poziomie 4 mA, a w sieci nadawane są jedynie dane cyfrowe.

    Protokół HART jest uniwersalną metodą komunikacji, która sprawdza się w wielu aplikacjach przemysłowych. Metoda ta daje wiele korzyści, takich jak:

    * Uproszczenie systemu komunikacji;
    * Redukcja kosztów systemu;
    * Przekazywanie danych cyfrowych bez zakłócenia transmisji analogowej;
    * Możliwość wykorzystania istniejącego systemu komunikacji po pętli prądowej.

    Na rynku dostępnych jest wiele scalonych modemów HART, takich jak na przykład DAC8740H firmy Texas Instrument. Układ ten integruje w sobie wszystkie niezbędne elementy, pozwalające w prosty sposób zaimplementować ten rodzaj komunikacji w naszym urządzeniu.

    Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2018/01/26/back-to-the-basics-what-is-hart-protocol-and-how-does-it-work

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2 17051538
    TechEkspert
    Redaktor
    O ile dobrze pamiętam takie FSK na linii prądowej, było stosowane w systemach wykrywania pożaru, gdzie w pętli potrafi być sporo czujek.

    Pytanie czy faktycznie sygnały są sinusoidalne, czy bardziej przypominają prostokątne?
  • #3 17051738
    RitterX
    Poziom 39  
    Nie ma specjalnie sensu udziwniać interfejsu skoro można w ogóle wymienić płytkę/płytki elektroniki i scyfrować całe połączenie nie pozostawiając interfejsów analogowych w infrastrukturze.
    W tym przypadku by zastosować owo novum i tak trzeba dołożyć kawałek elektroniki po stronie czujnika jak i po stronie odbiornika sygnału z czujnika. To gdzie jest tutaj wartość dodana?
  • #4 17053203
    brad12
    Poziom 10  
    Dodanie cyfrowej transmisji umożliwia dodatkową komunikację z czujnikami przy zachowaniu funkcji bezpieczeństwa głównej linii. Dzięki temu możemy otrzymywać dodatkowe parametry nie będące głównym celem pomiaru bez znacznego wpływu na funkcjonalność główną. Transmisję cyfrową dużo ciężej i drożej będzie opracować tak aby spełniała SIL4
  • #5 17053700
    __Maciek__
    Poziom 20  
    To nie żadne "novum" ... bardzo przydatna rzecz ... np. przy diagnostyce urządzeń na odległość ...
    Niestety nie jest to rozwiązanie uniwersalne ( no prawie ) .. brak otwartości protokołu .. na rynku są urządzenia nie spełniające wymagań dla standardu, zrywające się połączenia oraz klony rzekomo obsługujące komunikację HART... aby pogadać z czujnikiem potrzeba komunikatora z odpowiednią bazą lub modemu i oprogramowania ( ale tu niespodzianka ! jest też darmowe - PACTWare Vegi niestety nie udało mi się go ożenić z DTM 'driverami' innych producentów i pogadać z czujnikami. )
    Jeśli chcesz zrobić swój czujnik z komunikacją SORRY oficjalnego opisu protokołu raczej nie znajdziesz .. ale gdzieś w sieci widziałem troszkę danych z reverce enginneringu.

    Coraz częściej spotyka się rożnego rodzaju zamienniki .. np. Bluetooth lub Wi-Fi wykorzystywane w celach diagnostycznych / serwisowych .. a nawet jako medium transmisji sygnału w systemach automatyki.
REKLAMA