Системное подключение и топология

HART-протокол используется в двух режимах подключения.

В большинстве случаев применяется соединение "точка-точка" (рис. 5.1, а), то есть непосредственное соединение полевого устройства (преобразователя из­мерительного, исполнительного механизма и т.п.) и не более чем двух ведущих устройств.

Рис. 5.1. Структурные схемы подключения HART-устройств

В качестве первичного ведущего прибора, как правило, используется устройство связи с объектом (УСО) или ПЛК, а в качестве вторичного - портативный HART- терминал или отладочный ПК с соответствующим модемом. При этом аналого­вый токовый сигнал передается от ведомого устройства к соответствующему ве­дущему прибору.

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 (рис. 5.1, б), до 15 ведомых устройств (slave) могут соединяться параллельно двухпроводной линией с теми же двумя ведущими при­борами (master). При этом по линии осуществляется только цифровая связь. Сиг­нал постоянного тока 4 мА обеспечивает вспомогательное питание ведомых при­боров по сигнальным линиям. Типовые HART-компоненты и схема их подключе­ния показаны на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Метод передачи данных

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 переда­ется частотами 1200 Гц (логическая 1) и 2200 Гц (логический 0), которые накла­дываются на аналоговый токовый сигнал (рис. 5.3). 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.

Важнейшим условием для передачи HART-сигналов является то, что нагруз­ка в общей цепи коммуникационного канала должна быть в пределах 230-1100 Ом. В противном случае возникает несоответствие допустимым значениям пара­метров сигнала. Нагрузка в основном определяется омической составляющей входного импеданса управляющей системы или портативного HART-терминала. Наряду с омической следует принимать во внимание индуктивную и емкостную составляющие входного импеданса как самого ведущего устройства, так и ис­пользуемого кабеля, поскольку из-за них происходят задержки и затухание час­тотной составляющей HART-сигнала.

Для передачи HART-сигнала могут применяться любые двухпроводные ка­бели. В зависимости от их исполнения и параметров допускается различная длина линии.

Рис. 5.3. Кодирование HART-сигнала

Глава 6. Измерение расхода и количества жидких и газообразных сред