Развитие линейки HART-устройств производства СКБ «ПРОМАВТОМАТИКА»
Наша компания уже достаточно давно разработала и выпускает приборы, предназначенные для настройки HART-датчиков и считывания из них данных. Эти приборы постоянно модифицировались с связи с выходом новых ревизий стандарта HART, а также с появлением новой элементной базы.
В настоящее время нами выпускаются два таких прибора: KP-HART.М2 и MD-HART.М2. Эти приборы отличаются тем, что MD-HART.М2 является модемом, т. е. осуществляет преобразование HART-сигнала в сигналы интерфейсов RS-232/485/USB, а KP-HART.М2 является контроллером, который считывает данные HART-датчиков по протоколу HART и размещает копию этих данных в своей карте регистров MODBUS. Устройства, поддерживающие протокол MODBUS, могут опрашивать карту регистров с использованием интерфейсов RS-232/485/USB.
Схемы подключения HART-датчиков с использованием этих приборов приведены на рис.1 и рис.2.
Рис. 1 Подключение KP-HART.М2 с датчиками в монопольном режиме
Рис. 2 Подключение MD-HART.М2 с датчиком в режиме 4-20 мА
На первый взгляд, все возможные способы подключения датчиков с интерфейсом HART были реализованы с помощью либо контроллера KP-HART.М2, либо модема MD-HART.М2. Но у некоторых пользователей вычислителя УВП-280.01 возникла следующая потребность: использовать стандартный аналоговый выход датчика 4-20 мА и при этом получать дополнительные данные с HART-датчика, используя протокол MODBUS. В принципе, это можно сделать, используя контроллер KP-HART.М2, но для этого пришлось бы на каждый датчик подключать свой KP-HART.М2. Причина в том, что невозможно использовать одну цепь 4-20 мА для объединения всех датчиков. Кроме этого, датчики при установке адреса, отличного от нулевого, переходят в режим «моноканала» с фиксацией выходного тока, равного 4 мА.
Для того, чтобы решить возникшую проблему, мы в первую очередь решили изучить доступные предложения на рынке. Как оказалось, есть достаточно широкий ассортимент HART-мультиплексоров: Метран-670 фирмы Метран, MACX MCR-S-MUX фирмы PHOENIX CONTACT, MTL 4850 фирмы MTL, Mux2700 и KFD2 HMM 16 фирмы PEPPERL+FUCHS. Но все существующие HART-мультиплексоры не предоставляют возможности опрашивать HART-датчики с использованием протокола MODBUS. Фактически они являются многоканальными аналогами нашего модема MD-HART.М2, но не многоканальными аналогами KP-HART.М2. Иллюстрацией этого факта является пример использования мультиплексора Метран-670, приведенный на рис.3.
Рис. 3 Пример использования HART-мультиплексора Метран-670
В результате нами был разработан 8-ми канальный HART-мультиплексор KP-HART-MUX8.М3, обеспечивающий опрос с Master-устройства 8-ми датчиков по протоколу MODBUS. В мультиплексоре гальванически развязаны все каналы, что обеспечивает полноценную работу 8-ми аналоговых выходов HART-датчиков в режиме 4-20 мА.
Мультиплексор выпускается в 2-х вариантах климатического исполнения:
- исполнение 1 для работы при температуре окружающего воздуха от +1°С до +50°С;
- исполнение 2 для работы при температуре окружающего воздуха от -40°С до +85°С.
Пример подключения HART-мультиплексора KP-HART-MUX8.М3 приведен на рис. 4.
На этом рисунке для примера в качестве Master-устройства приведен вычислитель УВП-280, в качестве контроллера АСУТП – программируемый логический контроллер ПЛК-166.М2И.
Рис.4 Подключение HART-мультиплексора KP-HART-MUX8.М3
В заключение еще раз отметим отличительные характеристики HART-мультиплексора KP-HART-MUX8.М3, позволяющие использовать его не только по приведенной схеме с нашими приборами, но и с приборами других изготовителей:
1. Гальваническая развязка всех входных HART каналов 4-20 мА, что обеспечивает независимое подключение по цепи 4-20 мА других устройств, имеющих разные потенциалы.
2. Наличие шинного соединителя TBUS позволяет без дополнительного электромонтажа обеспечить питание контроллера и передачу сигналов по интерфейсу RS-485.
3. Одновременный доступ к HART-устройствам по трем интерфейсам: USB, RS-232, RS-485.
4. Простота доступа к данным любых из 8-ми HART-устройств по протоколу Modbus.
В настоящее время нами выпускаются два таких прибора: KP-HART.М2 и MD-HART.М2. Эти приборы отличаются тем, что MD-HART.М2 является модемом, т. е. осуществляет преобразование HART-сигнала в сигналы интерфейсов RS-232/485/USB, а KP-HART.М2 является контроллером, который считывает данные HART-датчиков по протоколу HART и размещает копию этих данных в своей карте регистров MODBUS. Устройства, поддерживающие протокол MODBUS, могут опрашивать карту регистров с использованием интерфейсов RS-232/485/USB.
Схемы подключения HART-датчиков с использованием этих приборов приведены на рис.1 и рис.2.
Рис. 1 Подключение KP-HART.М2 с датчиками в монопольном режиме
Рис. 2 Подключение MD-HART.М2 с датчиком в режиме 4-20 мА
На первый взгляд, все возможные способы подключения датчиков с интерфейсом HART были реализованы с помощью либо контроллера KP-HART.М2, либо модема MD-HART.М2. Но у некоторых пользователей вычислителя УВП-280.01 возникла следующая потребность: использовать стандартный аналоговый выход датчика 4-20 мА и при этом получать дополнительные данные с HART-датчика, используя протокол MODBUS. В принципе, это можно сделать, используя контроллер KP-HART.М2, но для этого пришлось бы на каждый датчик подключать свой KP-HART.М2. Причина в том, что невозможно использовать одну цепь 4-20 мА для объединения всех датчиков. Кроме этого, датчики при установке адреса, отличного от нулевого, переходят в режим «моноканала» с фиксацией выходного тока, равного 4 мА.
Для того, чтобы решить возникшую проблему, мы в первую очередь решили изучить доступные предложения на рынке. Как оказалось, есть достаточно широкий ассортимент HART-мультиплексоров: Метран-670 фирмы Метран, MACX MCR-S-MUX фирмы PHOENIX CONTACT, MTL 4850 фирмы MTL, Mux2700 и KFD2 HMM 16 фирмы PEPPERL+FUCHS. Но все существующие HART-мультиплексоры не предоставляют возможности опрашивать HART-датчики с использованием протокола MODBUS. Фактически они являются многоканальными аналогами нашего модема MD-HART.М2, но не многоканальными аналогами KP-HART.М2. Иллюстрацией этого факта является пример использования мультиплексора Метран-670, приведенный на рис.3.
Рис. 3 Пример использования HART-мультиплексора Метран-670
В результате нами был разработан 8-ми канальный HART-мультиплексор KP-HART-MUX8.М3, обеспечивающий опрос с Master-устройства 8-ми датчиков по протоколу MODBUS. В мультиплексоре гальванически развязаны все каналы, что обеспечивает полноценную работу 8-ми аналоговых выходов HART-датчиков в режиме 4-20 мА.
Мультиплексор выпускается в 2-х вариантах климатического исполнения:
- исполнение 1 для работы при температуре окружающего воздуха от +1°С до +50°С;
- исполнение 2 для работы при температуре окружающего воздуха от -40°С до +85°С.
Пример подключения HART-мультиплексора KP-HART-MUX8.М3 приведен на рис. 4.
На этом рисунке для примера в качестве Master-устройства приведен вычислитель УВП-280, в качестве контроллера АСУТП – программируемый логический контроллер ПЛК-166.М2И.
Рис.4 Подключение HART-мультиплексора KP-HART-MUX8.М3
В заключение еще раз отметим отличительные характеристики HART-мультиплексора KP-HART-MUX8.М3, позволяющие использовать его не только по приведенной схеме с нашими приборами, но и с приборами других изготовителей:
1. Гальваническая развязка всех входных HART каналов 4-20 мА, что обеспечивает независимое подключение по цепи 4-20 мА других устройств, имеющих разные потенциалы.
2. Наличие шинного соединителя TBUS позволяет без дополнительного электромонтажа обеспечить питание контроллера и передачу сигналов по интерфейсу RS-485.
3. Одновременный доступ к HART-устройствам по трем интерфейсам: USB, RS-232, RS-485.
4. Простота доступа к данным любых из 8-ми HART-устройств по протоколу Modbus.