Коммуникационный протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer – англ. высокоскоростной направленный удаленный преобразователь (прим. автора)) является наиболее востребованным и распространенным на сегодняшний день промышленным цифровым протоколом для совместного использования с аналоговой токовой петлёй 4-20 мА. Использование токовой петли 4-20 мА для питания прибора и для передачи результата измерения позволяет экономить на монтаже и расходных материалах, а также применять такие средства измерения в современных АСУТП. Именно поэтому сочетание аналогового выходного сигнала с наложенным на него цифровым протоколом HART является оптимальным техническим решением для эксплуатации сложного измерительного оборудования.
HART-протокол обеспечивает двухсторонний цифровой обмен между smart приборами, не оказывая влияния на аналоговый сигнал 4-20 мА, при этом передача аналоговой переменной и питания осуществляется по петле 4-20 мА, а информация об измерениях, параметрах процесса, конфигурации прибора, калибровке и диагностике одновременно передается в цифровом формате HART, при этом все перечисленные процессы происходят одновременно по одной и той же витой паре проводов.
Рис 1. Обмен данными с использование протокола HART.
Отечественные АСУТП преимущественно используют аналоговые сигналы 4-20 мА, в связи с чем, использование HART-совместимых полевых приборов в совокупности с недорогим HART коммуникатором является наиболее эффективным эксплуатационным решением, позволяющим использовать все преимущества интеллектуальных контрольно-измерительных приборов и автоматики.
Рис. 2 Схема подключения оборудования с HART-протоколом
Протокол HART поддерживается и контролируется международной некоммерческой организацией FieldComm Group, которая начала свою деятельность 1 января 2015 г., объединив все активы бывшей Fieldbus Foundation и HART Communication Foundation.
FieldComm Group — это некоммерческая организация, основанная на глобальных стандартах, в состав которой входят ведущие конечные пользователи процессов, производители, университеты и исследовательские организации, которые вместе управляют разработкой и внедрением коммуникационных технологий для перерабатывающих отраслей.
Компания «ЭМИС» является членом ассоциации FieldComm Group, в настоящее время протокол HART доступен для пяти интеллектуальных приборов торговой марки «ЭМИС».
Таблица 1. Номенклатура продукции ТМ «ЭМИС» с возможностью подключения по HART – протоколу.
| Наименование прибора | Версия протокола HART |
|---|---|
| ЭМИС-МАСС 260 | 7 |
| ЭМИС-ВИХРЬ 200 | 6 или 7 |
| ЭМИС-МАГ 270 | 5 или 7 |
| ЭМИС-МЕТА 215 | 5 |
| ЭМИС-БАР | 6 или 7 |
Кориолисовый счетчик-расходомер «ЭМИС-МАСС 260» с HART
Массовый (кориолисовый) расходомер «ЭМИС-МАСС 260» поддерживает протокол HART v7. В качестве интерфейса связи используется токовый выход 4-20 мА. Следует добавить, что в 2021 году инженерный центр компании «ЭМИС» завершил обновление HART DTM (FDT/DTM) библиотеки для кориолисового расходомера «ЭМИС»-МАСС 260».
Применение технологии FDT (FIELD DEVICE TOOL – англ. инструмент полевого устройства (прим. автора)) и DTM (DEVICE TYPE MANAGER – англ. менеджер типа устройства (прим. автора)) позволяет дистанционно осуществлять настройку средств измерения и автоматизации, интегрированных в системы верхнего уровня и поддерживающие работу с библиотеками версии 2.0 и старше. Данная версия на сегодняшний день используется большинством крупнейших мировых производителей КИП и А.
Чтобы применить технологию FDT, следует установить программное обеспечение, поддерживающее DTM, например, пакет PACTware. В совокупности с DTM-файлами, разрабатываемыми производителями приборов и, в частности, компанией «ЭМИС», данное программное обеспечение позволяет выполнять удаленную настройку измерительного оборудования в единой системе автоматизации производства.
Добавим, что применение HART-протокола дает возможность производить также и самодиагностику прибора – тестировать взаимодействие первичного и вторичного преобразователей, определять наличие критических ошибок в работе сложного технического устройства, таких как неисправность сенсора или ошибок электронного блока, и других.
Датчик давления «ЭМИС-БАР» с HART
Протокол НАRT v 6 или 7 в качестве выходного сигнала также реализован в интеллектуальных датчиках давления «ЭМИС-БАР». Передача информации об измеряемой величине в цифровом виде осуществляется по двухпроводной линии питания и связи совместно с сигналом постоянного тока 4–20 мА. Цифровой сигнал может приниматься и обрабатываться любым устройством, поддерживающим HART-протокол.
Связь датчиков с портативным HART-коммуникатором либо с персональным компьютером осуществляется через цифровой выход посредством стандартного интерфейса и дополнительного HART-модема. При этом имеется возможность настройки датчика, выбора его основных параметров, получения информации об измеряемом давлении и др. Использование HART-протокола допускает одновременное наличие в системе двух управляющих устройств: системы управления в виде компьютера с HART-протоколом и портативного HART-коммуникатора. При этом датчик давления «ЭМИС-БАР» может распознать и выполнить команды каждого из управляющих устройств, имеющих разные адреса и осуществляющих обмен данными в режиме разделения времени канала связи.
Рис 3. Подключение датчика давления «ЭМИС-БАР» с устройством HART- коммуникации к сети HART
Показания датчика могут быть получены как в аналоговом, так и в цифровом виде. В представленной схеме, выходной ток датчика не несет информационной нагрузки и может быть запрещен (постоянный ток 4 мА).
При подключении в многоточечную HART-сеть на одной линии может быть подключено не более 15 датчиков, и они должны быть подключены параллельно. У всех датчиков аналоговый токовый сигнал должен быть запрещен (постоянный ток 4 мА). При этом уменьшается суммарная потребляемая мощность.
Рис 4 Схема подключения датчиков, включенных в многоточечную HART-сеть
Отметим, что в многоточечной системе считывание информации может осуществляться только в цифровом виде. При этом при построении многоточечной сети необходимо правильно выбирать напряжение источника питания. Из-за суммарного тока датчиков падение напряжения на резисторе 250 Ом будет значительным. Кроме того, для прокладки проводов в HART-системе должен использоваться кабель витой экранированной пары, либо с общим экраном поверх кабеля, содержащего много витых пар. В последнем случае важно не использовать другие пары для сигналов, которые могут вызвать помехи в HART коммуникации. Их можно использовать для других HART линий связи, либо для чисто аналоговых линий, если уровень наводимых в них помех от HART имеет допустимое значение.
Если длина кабеля превышает несколько десятков метров, его погонные параметры – сопротивление и емкость – необходимо учитывать, чтобы не допустить искажения HART сигнала. Это условие выполняется, если произведение суммарного сопротивления R и емкости C сети удовлетворяет соотношению: R*C ≤ 65 мкс.
При включении питания датчика автоматически запускается непрерывная программа самодиагностики с последующей передачей результатов диагностики по цифровому протоколу HART. Самодиагностика включает в себя проверку: сигнала сенсора, электронного модуля, датчика температуры, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и цифро-аналогового цифрового преобразователя (ЦАП).
В качестве полезной функции, которая может использоваться в постоянном режиме, можно получать температуру сенсора датчика давления «ЭМИС-БАР» по протоколу HART и иметь представление о состоянии процесса.
Целесообразно добавить, что для датчиков давления «ЭМИС-БАР» также доступна библиотека с DD-файлами (Device Desription – англ. описание устройства (прим. автора)), которую производитель предоставляет заказчику бесплатно. Кроме того, имеется возможность использовать технологию FDT (FIELD DEVICE TOOL) для обеспечения настройки приборов. Для этого должно быть установлено программное обеспечение PACTware и соответствующие файлы DTM (DEVICE TYPE MANAGER). PACTware как независимая сервисная программа и соответствующие управляющие программы типов устройств (DTM) в сочетании с обменом по протоколу HART обеспечивают удаленную настройку любого оборудования с наличием протокола HART.
Вихревые расходомеры «ЭМИС-ВИХРЬ» с HART
Аналогичные библиотеки с DD и DTM-файлами предоставляются и на вихревые счетчики-расходомеры «ЭМИС-ВИХРЬ 200» с поддержкой протокола HART. При этом, стоит отметить, что в продуктовой линейке вихревых расходомеров «ЭМИС» представлено несколько вариантов исполнения вторичного преобразователя, от чего зависит доступный набор выходных сигналов.
Таблица 2. Варианты выходных сигналов для вихревых расходомеров «ЭМИС-ВИХРЬ 200»
| Код в строке заказа | Выходные сигналы |
|---|---|
| – | частотно-импульсный, цифровой ModBUS |
| А | аналоговый, частотно-импульсный, цифровой ModBUS |
| А1 | аналоговый без доп. погрешности, частотно-импульсный, ModBUS |
| А-H | аналоговый, частотно-импульсный, цифровой ModBUS, HARTTM v6 |
| А1-H1 | аналоговый без доп. погрешности, частотно-импульсный, цифровой ModBUS, HARTTM v6 |
| А1-H2 | аналоговый без доп. погрешности, цифровой HARTTM v7, 1-й частотно-импульсный с NAMUR, 2-й частотно-импульсный |
| А1-H3 | аналоговый с NAMUR без доп. погрешности, цифровой HARTTM v7, 1-й частотно-импульсный с NAMUR, 2-й частотно-импульсный |
| Х | спец. заказ |
Отметим, что протокол HART, реализованный в вихревых расходомерах «ЭМИС-ВИХРЬ 200» также позволяет производить удаленную самодиагностику прибора.
Подробнее о вариантах исполнения электронных блоков вихревых расходомеров «ЭМИС-ВИХРЬ 200» читайте в статье «Вихревой расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200»: новые возможности измерения газа, пара и жидкости».
Ротаметр «ЭМИС-МЕТА 215» и электромагнитный расходомер «ЭМИС-МАГ 270» с протоколом HART
Цифровой выходной сигнал с протоколом HART также доступен для ротаметров «ЭМИС-МЕТА 215» и электромагнитных расходомеров-счетчиков «ЭМИС-МАГ 270».
Показания ротаметра передаются по цифровому сигналу с помощью частотной модуляции на токовом выходе 4…20 мА по стандарту Bell 202. Протокол передачи – HARTTM. При этом, аналогично с датчиками давления, при подключении может быть использован режим соединения “точка-точка” либо режим многоканального соединения. В режиме многоканального соединения ротаметр подключается к общей шине параллельно с другими подчиненными устройствами (до 15 устройств на линии). При этом по линии осуществляется только цифровая связь, а значение силы тока устанавливается равным 4 мА.
По цифровому выходному сигналу передаются следующие параметры:
- серийный номер ротаметра
- суммарный объем
- мгновенный расход
- сетевой адрес
Электромагнитный расходомер «ЭМИС-МАГ 270» поддерживает протокол HART версий 5 и 7. Посредством протокола HART осуществляется связь между главным и подчиненным устройством, при этом наличие двух главных устройств не допускается. Расходомер «ЭМИС-МАГ 270» поддерживает только стандартный режим работы, предусматривающий одно подчиненное устройство и два главных устройства в сети (многоточечный режим работы не поддерживается).
В заключении отметим, что, несмотря на внедрение протоколов связи, появившихся позднее, например, таких как Fieldbus и Profibus, HART-протокол остается самым востребованным на уже существующем или новом производственном оборудовании, обеспечивая пользователей всеми преимуществами, в то же время, сохраняя совместимость с системами и линиями 4-20 мА. Для использования данного протокола уже создана и десятки лет работает рабочая сеть почти на каждом предприятии.
Чтобы заказать КИП и А торговой марки «ЭМИС» заполните, пожалуйста, опросный лист и направьте его на адрес электронной почты sales@emis-kip.ru.