Введение в режим серийной съемки Протокол HART
2025-07-04
Протокол HART является одним из многих полевых шин для перерабатывающей промышленности, физическим уровнем которого является RS-485, FSK (Frequency Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying), IEEE 802.15.4 (Промышленная беспроводная связь), IEEE 802.3 (Ethernet), IR (ИК). Среди них наиболее широко используется физический слой FSK, совместимый с 4 ~ 20 мА. Основанный на ведущей станции физического уровня RS-485, FSK, PSK, IR, канальный слой, реализующий простой механизм токенов, и связующий слой между ведущим и ведомым является транспондерным линийным слоем. WirelessHART на основе физического уровня IEEE 802.15.4 выполняет канальный уровень TDMA (Time Division Multiple Access Layer). HART IP на основе физического уровня IEEE 802.3 выполняет канальный уровень прослушивания несущей/предотвращения столкновений для Ethernet.
Прикладной уровень протокола HART передает данные и информацию о состоянии на основе общих команд, которые должны поддерживаться, необязательных общих команд и пользовательских специальных команд. В настоящее время производители устройств обязаны предоставлять пакет интеграции полевых устройств (FDI) на основе профиля электронного устройства для интеграции ведущей системы HART или других ведущих устройств.
Device DTM опционально предоставляется производителями оборудования и является обязательным менеджером типов устройств в отдельных главных системах управления для интегрированных приложений устройств, расширенной диагностики и управления активами.
Для повышения эффективности передачи, экономии запросов ведущего устройства и снижения энергопотребления узла обмен данными по протоколу HART принимает запрос ведущего и ответ ведомого устройства в качестве основного режима и определяет режим передачи данных и информации о состоянии ведомому устройству в фиксированном формате, то есть пакетный режим.
2.Режим серийной съемки
Для поддержки периодической передачи данных и диагностической информации от полевого устройства к ведущему устройству режим работы определяется канальным уровнем протокола HART. В таком режиме работы полевое устройство может периодически транслировать информацию на канал связи. Когда полевое устройство синхронизирует и зацикливает данные с диагностической информацией без необходимости непрерывного опроса ведущим устройством, оно называется находящимся в пакетном режиме. В проводном канале связи HART только одно полевое устройство может находиться в пакетном режиме, независимо от количества полевых устройств. Все полевые устройства WirelessHART работают в пакетном режиме, но только одно полевое устройство передает данные в тот же временной интервал и по одному и тому же каналу на уровне канала связи TDMA.
Английское описание устройства в пакетном режиме — «Burst-mode device». Это цифровое устройство реагирования, которое регулярно выдает технологические данные и диагностическую информацию, это автономное вещательное устройство, а режим его работы настраивается ведущим устройством.
3.Конфигурационное содержимое режима Burst
Режим Burst позволяет периодически публиковать данные процесса с помощью сообщений "burst". В этом режиме полевое устройство получает команду непрерывно публиковать данные процесса и информацию о состоянии без каких-либо дальнейших действий со стороны ведущего. Мастер использует следующую команду для настройки полевого устройства в этом рабочем режиме:
- команда 103 записывает период пакета;
- Команда 104 Записать режим запуска пакетов;
- Команда 105 чтение конфигурации пакетного режима;
- Команда 107 записывает переменные устройства пакетной обработки;
- Команда 108 записывает номер команды в режиме пакетной обработки;
- Команда 109 Управление режимом серийной съемки;
Кроме того, есть две команды, разработанные специально для систем ввода-вывода и адаптеров WirelessHART:
- Команда 101 считывает дочернее устройство, чтобы разорвать сообщение;
- Команда 102 сопоставляет дочернее устройство с пакетом.
Кроме того, устройства, реализующие пакетный режим, должны быть настроены как минимум на 3 пакетных сообщения. Каждое пакетное сообщение должно допускать различные конфигурации. Каждое сообщение о пакете может быть отдельной командой, условием запуска, циклом обновления, набором переменных устройства и т. д.
3.1 Настройка периода всплеска
Ведущее устройство использует общую команду 103 для настройки циклов пакетирования устройства, при этом настраиваются самый короткий период всплеска и самый длинный период пакета. Среди них предельное значение кратчайшего периода всплеска имеет различные требования в разных физических слоях, как показано в следующей таблице.
Минимальная скорость обновления, разрешенная физическим уровнем (в секундах)
| Physical Layer | Minimum Value | Default Period |
| FSK | 0.500 | N/A |
| PSK | 0.100 | N/A |
| RS-485 | 0.100 | N/A |
| IEEE STD 802.15.4-2006 | 0.100 | 60 |
| HART-IP | 0.050 | 1.0 |
Максимальный период пакетирования не должен превышать 3600 секунд, который можно выбрать из параметров в следующей таблице, которые не короче минимального периода пакета.
Update Periods Allowed (in Seconds)
Разрешенные периоды обновления (в секундах)
| <0.001 Not Allowed | 0.020 | 1.000 | 32.000 |
| 0.001 | 0.050 | 2.000 | 60～3600(Any Value) |
| 0.002 | 0.100 | 4.000 | ˃ 3600 Not Allowed |
| 0.005 | 0.250 | 8.000 | - |
| 0.010 | 0.500 | 16.000 | - |
До тех пор, пока выполняется условие запуска в команде 104, устройство должно опубликовать информацию о пакете в кратчайший период пакета. Если условия запуска, сконфигурированные в команде 104, не выполняются, полевое устройство должно опубликовать информацию о пакете t в самый длинный период пакета.
3.2 Настройка режима запуска пакетов
Мастер использует общую команду No 104 для настройки режима запуска пакетов устройства, который делится на следующие пять типов:
- Непрерывный: непрерывные пакеты сообщений выпускаются непрерывно с кратчайшим периодом пакета.
- Окно: Когда исходное значение отклоняется от указанного значения окна и превышает его, сообщения отправляются с кратчайшим периодом пакетной обработки.
- Восходящий: когда исходное значение поднимается выше указанного значения триггера, сообщение отправляется в кратчайший период пакета.
- Falling: Когда исходное значение ниже указанного значения триггера, сообщения отправляются в кратчайший период пакета.
- On-Change: При изменении любого значения в сообщении сообщение отправляется в кратчайшие периоды пакетной обработки.
Для систем ввода-вывода, когда сообщение о пакете исходит от дочернего устройства, если инженерная единица в дочернем устройстве изменяется, сообщение о пакете должно быть опубликовано с минимальным периодом пакета, указанным в команде 103.
3.2.1 Окно
Окно — это симметричное окно, которое окружает последнее отправленное значение. Когда отклонение исходного значения не превышает окно, следующий пакет отправляется в качестве максимального периода обновления. Когда исходное значение отклоняется от указанного окна, следующий пакет отправляется в самый короткий период пакета. На следующей схеме показан шаблон «Окно».
3.2.2 Восход
Если исходное значение не превышает заданный уровень триггера, следующий пакет отправляется в максимальный период обновления. Как только уровень триггера превышен, время обновления изменяется. До тех пор, пока исходное значение остается выше уровня триггера, сообщение о пакете будет публиковаться со скоростью, указанной циклом обновления. Если значение ниже значения триггера, время обновления упадет до максимального цикла обновления.
3.2.3 Падение
Когда исходное значение меньше указанного значения триггера, запускается пакетное сообщение. Пакетные сообщения будут публиковаться со скоростью, указанной циклом обновления, в противном случае время обновления упадет до максимального цикла обновления.
3.2.4 При смене
Сообщения о пакетной обработке запускаются при изменении любого значения в пакетном сообщении: Пакетное сообщение публикуется со скоростью, указанной циклом обновления, в противном случае время обновления снижается до максимального цикла обновления.
3.3 Настройка переменных устройства Burst
Ведущее устройство использует общую команду No 107 для настройки пакетных переменных устройства устройства. Переменные устройства используются в команде Burst 9 или команде 33 для завершения загрузки данных. Хост всегда отправляет 9 байт данных в запросе на установку значения переменной устройства. Неиспользованные слоты будут установлены на 250 - "Неиспользованные". Команда 33 принимает максимум 4 слота (т.е. слоты 0-3), остальные должны быть установлены хостом на 250 - "unused". В любом случае полевое устройство будет игнорировать настройки слотов 4-7 при выдаче команды 33.
Последний байт указывает, к какому пакетному сообщению применяется команда.
3.4 Настройка номера команды пакета
Ведущее устройство использует общую команду No 108 для настройки номера пакетной команды устройства, то есть устройство выбирается для отправки ответного сообщения номера команды в пакетном режиме. Команды 1, 2, 3, 9, 38 и 48 должны поддерживаться во всех устройствах в режиме Burst и должны быть добавлены в букву команды в режиме Burst, если команда 33 была реализована в полевом устройстве.
Если шаблон запуска не является "непрерывным" и классификация переменных устройства источника запуска не совпадает с новым номером команды, будет принят новый номер команды и код ответа "Предупреждение - Шаблон запуска пакета был автоматически изменен на непрерывный запуск". Устройство должно скорректировать классификацию, код устройства, сбросить его до «непрерывного» (режим запуска 0) и непрерывно выдавать данные в течение цикла обновления до тех пор, пока не будет получена еще одна команда 104.
3.5 Настройка режима Burst
Мастер использует общую команду 109 для настройки пакетного режима работы устройства. Команды используются для входа и выхода из пакетного режима на уровне пропуска токена или канала передачи данных TDMA устройства. Байты опубликованных данных ответа должны соответствовать байтам, указанным с помощью переменных Command 108 Write Burst Mode Command Number и Command 107 Write to Burst Device.
Код ответа для механизма отложенного ответа можно использовать только в том случае, если включена публикация по каналу передачи данных TDMA. Если устройство не может получить пропускную способность для обработки вновь включенного пакетного сообщения, оно должно вернуть сообщение "Пропускная способность недоступна"; Если устройство может получить меньшую пропускную способность, чем запрошено, оно должно вернуть Update Cycle Increase. Когда режим серийной съемки выключен, отложенные ответы не допускаются.
Если номер прерывающего сообщения не включен, устройство должно предположить, что прерывающее сообщение 0 активируется или деактивируется, чтобы опубликовать его в канале передачи данных маркера. (При получении одного байта запроса действительны только коды управления пакетным режимом 0 и 1).
- Существует только один режим функции Disabling Burst — это режим Off; (Контрольный код 0)
- Есть четыре режима включения серийной съемки.
1) Если физическим уровнем является FSK, PSK или RS-485, выберите Enable Burst on Token-Passing Data Channel Layer only (код управления 1)
2) Включите Burst только на TDMA Data-Link Layer (контрольный код 2) только для физического уровня IEEE STD 802.15.4-2006 (т.е. поддерживайте протокол связи WirelessHART)
3) Когда используются оба 1 и 2 из вышеперечисленных режимов, выберите (Enable Burst on TDMA и Token Passing Data Link Layers) (Управляющий код 3)
4) Если HART-IP поддерживается, выберите (Enable Burst on HART-IP connection) (управляющий код 4)
Продолжение следует.
