СТА 3/2010

96 СТА 3/2010 www.cta.ru Коэффициент готовности равен отношению времени нара ботки до отказа к сумме времени наработки до отказа и вре мени восстановления после отказа. Вероятность доставки данных определяется помехоустой чивостью канала передачи и детерминированностью доступа к каналу. В беспроводных сетях вероятность потери пакетов при передаче гораздо выше, чем в проводных. В сетях со слу чайнымметодом доступа к каналу существует вероятность то го, что данные никогда не будут доставлены абоненту. Время доставки данных в офисных сетях Ethernet является случай ной величиной, однако в промышленном Ethernet эта проб лема решена применением коммутаторов. Безопасность – это способность сети защитить передавае мые данные от несанкционированного доступа. Отказоустойчивость – это способность сети продолжать функционирование при отказе некоторых элементов. При этом характеристики системы могут ухудшиться, но она не теряет работоспособности. В последнее время появился термин «качество обслужива ния» (Quality of Service – QoS). QoS определяет вероятность того, что сеть будет передавать заданный поток данных меж ду двумя узлами в соответствии с потребностями приложе ния [14]. HART ПРОТОКОЛ HART протокол (Highway Addressable Remote Transducer – магистральный адресуемый удалённый преобразователь) [15] является открытым стандартом на метод сетевого обмена, ко торый включает в себя не только протокол взаимодействия устройств, но и требования к аппаратуре канала связи, поэто му устоявшийся термин «протокол», означающий алгоритм взаимодействия устройств, применён здесь не совсем коррект но. Стандарт HART был разработан в 1980 году фирмой Rosemount Inc., которая позже сделала его открытым. В насто ящее время стандарт поддерживается международной органи зациейHARTCommunication Foundation (HCF), насчитываю щей более 200 членов. HART находит применение для связи контроллера с датчиками и измерительными преобразовате лями, электромагнитными клапанами, локальными контрол лерами, для связи с искробезопасным оборудованием. Несмотря на своё низкое быстродействие (1200 бит/с) и не надёжный аналоговый способ передачи данных, а также по явление более совершенных сетевых технологий, устройства с HART протоколом разрабатываются до сих пор и объём это го сегмента рынка продолжает расти. Однако применение HART в России довольно ограничено, поскольку внедрение датчиков с HART протоколом требует одновременного при менения HART совместимых контроллеров и специализиро ванного программного обеспечения. Типовой областью при менения HART являются достаточно дорогие интеллектуаль ные устройства (электромагнитные клапаны, датчики потока жидкости, радарные уровнемеры и т.п.), а также взрывобезо пасное оборудование, где низкая мощность HART сигнала позволяет легко удовлетворять требованиям стандартов на искробезопасные электрические цепи. Стандарт HART включает в себя 1, 2 и 7 й уровни модели OSI (табл. 1). Полное описание стандарта можно приобрести у организации HCF (www.hartcomm.org) . Общие принципы При создании HART протокола в 1980 году преследовалась цель сделать его совместимым с широко распространённым в то время стандартом «токовая петля», но добавить возмож ности, необходимые для управления интеллектуальными уст ройствами. Поэтому аналоговая токовая петля 4...20 мА была модернизирована таким образом, что получила возможность полудуплексного цифрового обмена данными. Для этого ана логовый сигнал A ( t ) суммируется с цифровым сигналом D ( t ) (рис. 1), и полученная таким образом сумма передаётся с по мощью источника тока 4...20 мА по линии связи. Благодаря сильному различию диапазонов частот аналогового (0...10 Гц) и цифрового (1200 Гц и 2200 Гц) сигналов они легко могут быть разделеныфильтрами низких и высоких частот в приём ном устройстве. При передаче цифрового двоичного сигнала логическая единица кодируется синусоидальным сигналом с частотой 1200 Гц, ноль – 2200 Гц. При смене частоты фаза ко лебаний остаётся непрерывной. Такой способ формирования сигнала называется частотной манипуляцией с непрерывной фазой. Выбор частот соответствует американскому стандарту BELL 202 на телефонные каналы связи. Принцип взаимодействия устройств на физическом уровне модели OSI показан на рис. 2. Сопротивление R н выбирается так же, как и в токовой петле (стандартом предусмотрена ве личина 230...1100 Ом), и служит для преобразования тока 4...20 мА в напряжение. Акт взаимодействия устройств иници ирует контроллер. Цифровой сигнал от источника напряже ния E ~ через конденсатор C вч подаётся в линию передачи и принимается на стороне датчика в форме напряжения в диа пазоне от 400 до 800 мВ. Приёмник датчика воспринимает HART сигналы в диапазоне от 120 мВ до 2 В, сигналы от 0 до 80 мВ приёмником игнорируются. Получив запрос, датчик формирует ответ, который в общем случае может содержать как аналоговый сигнал A ( t ) 2 , так и цифровой D ( t ) 2 . Аналого вый сигнал обычно содержит информацию об измеренной ве личине, а цифровой – информацию о единицах и диапазоне измерения, о выходе величины за границы динамического ди апазона, о типе датчика, имени изготовителя и т.п. Аналого вый и цифровой сигналы суммируются и подаются в линию связи в форме тока (рис. 1, рис. 2). На стороне контроллера ток преобразуется в напряжение резистором R н . Полученный сиг В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Таблица 1 Модель OSI HART протокола Время Запрос Запрос Ответ Ответ 20 мА 4 мА A ( t ) Ток петли 0 D ( t ) 1200 Гц +0,5 мА –0,5 мА 2200 Гц Рис. 1. Суммирование аналогового и цифрового сигнала по HART протоколу НОМЕР УРОВНЯ НАЗВАНИЕ УРОВНЯ HART 7 Прикладной HART команды, ответы, типы данных 6 Уровень представления Нет 5 Сеансовый Нет 4 Транспортный Нет 3 Сетевой Нет 2 Канальный (передачи данных) Ведущий/ведомый, контрольная сумма, контроль чётности, организация потока битов в сообщении, контроль приёма сообщений 1 Физический Наложение цифрового ЧМ сигнала на аналоговый сигнал 4...20 мА; медная витая пара © СТА-ПРЕСС