Современные системы автоматизации всё чаще требуют не только сбора измерений, но и обратной связи от оборудования — информации о его состоянии, параметрах настройки, предупреждений о неисправностях. Один из самых распространённых стандартов, позволяющий «общаться» с полевыми приборами, — это протокол HART. В этой статье рассмотрим, как он работает, какие устройства его поддерживают и как осуществляется передача и диагностика данных.
1. Введение в протокол HART
HART (Highway Addressable Remote Transducer) — это гибридный протокол цифровой связи, разработанный в 1980-х годах компанией Rosemount (впоследствии Emerson). Его основная задача — обеспечить двустороннюю цифровую связь с интеллектуальными приборами, сохраняя совместимость
с классической аналоговой инфраструктурой 4–20 мА.
Сегодня HART — один из самых популярных протоколов в промышленной автоматизации. Он используется в тысячах моделей датчиков и устройств — от простых преобразователей давления до интеллектуальных клапанов
и расходомеров.
2. Особенности протокола
Ключевая особенность HART — это наложение цифрового сигнала на аналоговый токовый выход 4–20 мА. То есть:
- Аналоговый сигнал передаёт текущее измеренное значение (например, давление или температуру).
- Поверх него передаётся цифровая информация: параметры настройки, серийный номер, состояние прибора, диагностические коды.
Таким образом, можно получить дополнительную информацию без изменения физической топологии системы — по тем же двум проводам, что и раньше.
Другие особенности HART:
- Скорость передачи — до 1200 бит/с (небольшая, но достаточная для конфигурации и диагностики).
- Открытый стандарт — поддерживается множеством производителей.
- Совместимость с аналоговыми контроллерами — прибор работает даже если HART-функции не используются.
3. Типы поддерживаемых устройств
С протоколом HART работают тысячи моделей оборудования. Наиболее распространённые:
- Датчики давления (например, Emerson, Yokogawa, WIKA);
- Преобразователи температуры (Pt100, термопары, Ex-исполнение);
- Расходомеры;
- Уровнемеры (контактные и бесконтактные, радарные, ультразвуковые);
- Интеллектуальные клапаны и исполнительные механизмы;
- Искробезопасные датчики в Ex ia исполнении;
- Калибраторы, коммутационные модули, барьеры HART.
Также на рынке доступны шлюзы, модемы и интерфейсы HART, позволяющие интегрировать такие приборы в SCADA или DCS-системы.
4. Передача данных
Работа HART основана на технологии Frequency Shift Keying (FSK) — передача данных происходит при помощи двух частот (1200 и 2200 Гц), которые не влияют на среднее значение тока (и не мешают аналоговому сигналу 4–20 мА).
Протокол может работать:
- в точка-точка (один прибор на линии);
- в многоточечном режиме (несколько приборов на общей линии, аналог отключается — используется редко).
Цифровой обмен идёт в виде команд и ответов — в том числе с запросом текущего состояния, уровней сигнала, статуса и даже предупреждений
о неисправности.
5. Настройка и диагностика
Для взаимодействия с HART-приборами используют:
- HART-коммуникаторы (портативные приборы — например, Emerson 475);
- ПО для ПК (например, Field Communicator, Pactware, AMS);
- SCADA/PLC-системы, интегрированные через шлюзы (например, HART-over-Ethernet или через модули ввода/вывода).
С помощью этих инструментов можно:
- Изменить конфигурацию прибора (единицы измерения, диапазоны);
- Калибровать или адаптировать под конкретный процесс;
- Просматривать текущие значения и архивы;
- Выполнять самодиагностику и тестирование на месте.
В системах с высокой ответственностью (нефть, газ, химия) такие функции позволяют вовремя обнаружить проблему и избежать аварии.
Заключение
HART остаётся актуальным и сегодня, несмотря на развитие других протоколов (PROFIBUS, EtherNet/IP, FOUNDATION Fieldbus). Его главное преимущество — простота, надёжность и обратная связь без существенной замены оборудования. Для АСУ ТП это даёт значительное преимущество при модернизации объектов, улучшении диагностики и снижении времени простоя.