HART ( Highway Addressable Remote Transducer ) es un conjunto de estándares de comunicación para redes industriales .
Diseñado para conectar sensores industriales . Incluye capas físicas cableadas e inalámbricas, así como un protocolo de intercambio. La versión cableada permite que los datos digitales y la energía se transfieran a través de dos cables mientras se mantiene la compatibilidad con los sensores de bucle de corriente analógicos de 4-20 mA .
El protocolo HART original fue desarrollado a mediados de la década de 1980 por la empresa estadounidense Rosemount . En 1986 recibió el nombre de HART y se convirtió en un estándar abierto .
Desde 1993, el propietario de la tecnología y el organismo de normalización ha sido la Fundación de comunicación HART. Desde 2014, luego de la fusión de Fieldbus Foundation y HART Communication Foundation, FieldComm Group ha mantenido las especificaciones HART .
| revisión | Año | |
|---|---|---|
| 2.0 | 1986 | Primera especificación abierta. |
| 3.0 | 1987 | |
| 4.0 | 1988 | |
| 5.0 | 1989 | |
| 6.0 | 2001 | |
| 7.0 | 2007 | Se agregó WirelessHART. |
| 7.5 | 2012 | especificación actual. |
Desde la revisión 5.0 de HART, la especificación ha conservado la compatibilidad de protocolo de abajo hacia arriba. Es decir, se realizan nuevos cambios para no afectar la funcionalidad existente. Las especificaciones HART 4 y anteriores pueden ser protocolos incompatibles con revisiones posteriores.
El estándar incluye 17 documentos que cubren las opciones de interfaz con cable e inalámbrica (WirelessHART) [1] . Para 2017, la especificación base tiene una revisión de HART 7 (documento HCF-SPEC-13). La política de distribución de especificaciones oficiales prevé la pertenencia a una organización de normalización o la compra de copias en papel de la norma, que no están disponibles públicamente.
Algunas de las especificaciones de HART cableado están incluidas en el estándar IEC 61158-CPF9. WirelessHART está estandarizado como IEC 62591:2010.
El estándar define tres capas del modelo OSI : la capa física , la capa de enlace y la capa de aplicación. Hay dos niveles físicos: el antiguo con modulación de frecuencia y el nuevo con modulación de fase. La capa de enlace define la estructura del marco. Aplicado - conjuntos de comandos.
La capa física HART se crea sobre el bucle de corriente del estándar de 4-20 mA. Los datos se transmiten por modulación de corriente con una amplitud de ±0,5 mA con un espectro superior a 500 Hz, no se permite el componente de CC. En este caso, el espectro de la señal analógica del bucle de corriente debe limitarse a 25 Hz. La resistencia mínima de la línea de alimentación (receptor de señal 4-20 mA) 230 Ohm. Por lo tanto, el sensor se alimenta, sus lecturas primarias y la información secundaria se toman a través de dos cables.
Modulación de frecuenciaEl estándar original permitía solo una tasa y un tipo de modulación, tomados del estándar de módem Bell 202 : 1200/2200 Hz FSK a 1200 baudios . HART utiliza un ciclo completo de 1200 Hz para transmitir un "1" lógico y dos ciclos parciales de 2200 Hz para transmitir un "0" lógico. La separación de los canales de recepción y transmisión es temporal, es decir, solo funciona un transmisor a la vez. Esta capa física está estandarizada en HCF_SPEC-54.
El modo de frecuencia modulada es obligatorio para todos los dispositivos HART.
Modulación de fasePosteriormente, el estándar se complementó con una variante de modulación de fase más rápida . Portadora 3200 Hz, modulación por desplazamiento de fase de 8 posiciones por período de portadora (es decir , velocidad de símbolo de 3200 baudios), velocidad de datos de 9600 bps (es decir, 3 bits están codificados con un símbolo) [2] . La norma define la opción de modulación PM como opcional y recomienda volver a FM si hay problemas de comunicación. Esta capa física está estandarizada en HCF_SPEC-60.
MensajeEl intercambio se lleva a cabo mediante mensajes, conjuntos de datos inseparables. Cada mensaje contiene un preámbulo para la sincronización del demodulador del receptor y un conjunto de datos denominado trama. Hay pausas entre mensajes, durante las cuales ninguna modulación llega a la línea. Los datos se transmiten en bytes en el formato de una interfaz asíncrona , es decir, está equipado con un bit de inicio, parada y un bit de paridad para verificar la integridad de la recepción.
En modo FM, el preámbulo es de 5 a 20 bytes 0xFF del mismo formato de interfaz asíncrona. Los esclavos suelen utilizar la longitud mínima de preámbulo para ellos, el maestro de la red está obligado a iniciar el intercambio con la longitud máxima de preámbulo y puede reducirla si los dispositivos esclavos lo permiten. En el modo de modulación de fase, el preámbulo es diferente, pero la estructura de la trama es la misma.
CableadoLa norma recomienda el uso de cable blindado con una sección transversal de al menos 24 AWG (0,2 mm 2 ) para conectar dispositivos. Tabla de evaluación de la longitud máxima recomendada en función de la capacidad del cable por cable para un hilo de sección 18 AWG (0,8 mm 2 ):
| Número de dispositivos en la línea | 65 pF/m | 95 pF/m | 160 pF/m | 225 pF/m2 |
|---|---|---|---|---|
| una | 2769 m | 2000 metros | 1292 m | 985 metros |
| 5 | 2462 metros | 1815 metros | 1138m | 892 metros |
| quince | 1846 metros | 1415 m | 892 metros | 708m |
El protocolo HART se basa en el principio de "Maestro - Esclavo" con el intercambio de paquetes de la forma "comando + datos". Es decir, la red tiene un maestro que genera solicitudes y uno o más dispositivos esclavos que responden a la solicitud del maestro.
MultimaestroEl protocolo permite la presencia de dos dispositivos de control (maestros). Se denominan Maestro Primario y Maestro Secundario. El segundo maestro puede actuar como un terminal de control y configuración que le permite acceder a los dispositivos sin apagar o interrumpir el funcionamiento del equipo. Conexión "caliente" permitida del segundo maestro.
MultipuntoInicialmente, HART permitía solo un esclavo por línea. Generaba una señal analógica de 4-20 mA y, independientemente de la señal analógica, respondía a las solicitudes del maestro. Este modo se denominó punto a punto. Comenzando con HART 3, introdujeron la capacidad de conectar hasta 15 dispositivos a un par de cables y hasta 63 dispositivos con HART 6. En este modo, denominado Multi-drop, los dispositivos fijan la salida analógica en 4 mA y utilizan direccionamiento de red en el protocolo.
Formato de fotogramaLa estructura de datos del marco se muestra en la tabla:
| Nombre del campo | Longitud (byte) | Objetivo |
|---|---|---|
| delimitador | una | Se utiliza para determinar el inicio del cuadro, el número maestro y la presencia del campo Expansión |
| Dirección | 1 o 5 | Contiene dirección de red de destino, indicador de modo de ráfaga |
| [expansión] | 0-3 | |
| dominio | una | Código de comando |
| Recuento de bytes | una | Tamaño de los campos Estado+Datos |
| [estado] | 0 o 2 | condición de esclavo. Falta en marcos maestros |
| [datos] | 0-255 | Datos de comando |
| Comprobar bytes | una | XOR para todos los bytes de mensaje desde Delimiter hasta el último byte de datos |
Especifica la dirección de transferencia (maestro a esclavo o viceversa), la longitud de los campos de dirección y expansión.
DirecciónInicialmente, la longitud del campo de dirección era de un byte, se asignaron 4 bits para el direccionamiento del dispositivo. Por lo tanto, solo podría haber 16 dispositivos en la red, incluido el maestro de la red. A partir de HART 6, el campo de dirección se amplió a 5 bytes, se asignaron 38 bits para el direccionamiento de dispositivos y los dispositivos en la red ahora se direccionan por sus números únicos.
ExpansiónCampo opcional, introducido desde la versión 6 de HART. La longitud se especifica en el byte delimitador.
dominioLos códigos de comando se dividen en varios grupos. A partir de HART 6, el código de comando puede expandirse a dos bytes, que son los primeros en el campo Datos.
En septiembre de 2007, HART Communication Foundation lanzó un nuevo estándar inalámbrico , WirelessHART . WirelessHART utilizó el estándar de red inalámbrica IEEE 802.15.4-2006 (banda ISM) multiplexación por división de tiempo (TDMA) como enlace de radio . El tráfico está encriptado (AES 128).
WirelessHART es parte de la nueva especificación HART 7 y también está estandarizado como IEC 62591:2016. Especificación de dispositivo WirelessHART HCF_SPEC -290.
La red WirelessHART se autoorganiza. Para agregar un dispositivo a la red, simplemente ingrese la contraseña de acceso a la red. Si es necesario, los dispositivos pueden construir ellos mismos la topología del relé. Las distancias entre los nodos de la red pueden alcanzar varios kilómetros.
Hay una especificación de gestión de red HCF_SPEC-085 que define la tunelización HART sobre redes TCP/IP estándar.
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