Микропроцессорная техника систем автоматизации
HART – стандарт передачи данных через токовую петлю
жүктеу/скачать 4,68 Mb.
|
mikroprocessornaya-tehnika-sistem-avtomatizacii
HART – стандарт передачи данных через токовую петлю4–20 мА Один из способов автоматического контроля промышленного оборудования – это использование токовой петли 4–20 мА. Пер- вичная переменная (PV) передается как значение тока в диапазоне 4–20 мА в двухпроводной линии с питанием датчика по тем же двум проводам. Недостаток этого метода заключается в том, что вы можете контролировать только одну переменную. Протокол Ско- ростного адресного доступа к удаленному преобразователю (Highway Addressable Remote Transducer, HART) дает возможность передавать больше информации по той же двухпроводной системе. Протокол HART является распространенным методом связи в про- мышленной автоматизации на протяжении уже многих лет. При создании HART-протокола в 1980 г. преследовалась цель сделать его совместимым с широко распространенным в то время стандартом «токовая петля», но добавить возможности, необходи- мые для управления интеллектуальными устройствами. Поэтому аналоговая «токовая петля» 4–20 мА была модернизирована таким образом, что получила возможность полудуплексного цифрового обмена данными. Для этого аналоговый сигнал A(t) суммируется с цифровым сигналом D(t) (рис. 81) и полученная таким образом сумма передается с помощью источника тока 4–20 мА по линии связи. Частотно-модулированный сигнал – это переменный ток ам- плитудой +/–0,5 мА с частотой 1200 Гц для цифровой единицы и 2200 Гц для цифрового нуля. Среднее значение этого синусои- дального сигнала равно нулю, так что он не оказывает влияния на сигнал 4–20 мА и не искажает показания датчика. Благодаря сильному различию диапазонов частот аналогового (0–10 Гц) и цифрового (1200 и 2200 Гц) сигналов они легко могут быть разделены фильтрами низких и высоких частот в приемном устройстве. При передаче цифрового двоичного сигнала логиче- ская единица кодируется синусоидальным сигналом с частотой 1200 Гц, ноль – 2200 Гц. При смене частоты фаза колебаний оста- ется непрерывной. Такой способ формирования сигнала называется частотной манипуляцией с непрерывной фазой. Выбор частот со- ответствует американскому стандарту BELL 202 на телефонные каналы связи. Рис. 81. Принцип формирования информационного сигнала по протоколу HART Принцип взаимодействия устройств на физическом уровне по- казан на рис. 82. Сопротивление Rн выбирается так же, как и в то- ковой петле (стандартом предусмотрена величина 230–1100 Ом) и служит для преобразования тока 4–20 мА в напряжение. Акт взаимодействия устройств инициирует контроллер. Цифровой сиг- нал от источника напряжения E~ через конденсатор Cвч подается в линию передачи и принимается на стороне датчика в форме на- пряжения в диапазоне от 400 до 800 мВ. Приемник датчика вос- принимает HART-сигналы в диапазоне от 120 мВ до 2 В. Получив запрос, датчик формирует ответ, который в общем случае может содержать как аналоговый сигнал A(t)2, так и цифровой (D(t)2). Аналоговый сигнал обычно содержит информацию об измеренной величине, а цифровой – информацию о единицах и диапазоне изме- рения, о выходе величины за границы динамического диапазона, о типе датчика, имени изготовителя и т. п. Аналоговый и цифровой сигнал суммируются и подаются в линию связи в форме тока (рис. 81, 82). На стороне контроллера ток преобразуется в напряжение резистором Rн. Полученный сигнал подается на фильтр нижних частот с частотой среза 10 Гц и на фильтр верхних частот с часто- той среза 400–800 Гц. На выходе фильтров выделяются цифровой сигнал D(t)2 и аналоговый A(t)2. При использовании фильтров вто- рого порядка погрешность, вносимая цифровым сигналом в анало- говый, составляет всего 0,01 % от 20 мА. Рис. 82. Принцип работы HART-протокола на физическом уровне Протокол HART имеет два основных режима работы: «точка- точка» и режим множественного доступа. В режиме «точка–точка» имеется одно ведущее устройство и одно ведомое. Преимущество этого режима заключается в том, что цифровые данные легко пере- даются по существующей линии 4–20 мА, что обеспечивает более детальный мониторинг устройства по существующей инфраструк- туре сетей связи. В режиме множественного доступа к одной линии присоединяется несколько ведущих и ведомых устройств, поэтому могут передаваться только цифровые данные протокола HART в виде частотно-модулированного сигнала, а постоянный ток в линии фиксируется на уровне 4 мА. Режим множественного доступа мо- жет быть полезен, если много вынесенных устройств обменивается данными с единой системой управления, но в этом случае постоян- ный ток интерфейса «токовая петля» не может быть использован для непрерывного отслеживания основного измеряемого значения. Протокол связи HART имеет следующие достоинства: простая настройка, сервис и техническое обслуживание уст- ройств с поддержкой HART; совместимость с обычными аналоговыми полевыми устройст- вами и датчиками; открытый стандарт, доступный каждому изготовителю обору- дования КИП; достаточно высокая помехоустойчивость. Главным недостатком HART является то обстоятельство, что усовершенствования протокола могут производиться только в об- ласти программного обеспечения, а не в аппаратной части прото- кола (в связи с необходимостью поддерживать совместимость со «стареющей» технологией аналоговой аппаратуры). Следователь- но, сегодня HART является медленной технологией по сравнению с другими протоколами и системами связи. жүктеу/скачать 4,68 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|