Контроллер расширения КР-HART-MUX8.М3 (далее контроллер) предназначен для сбора данных с устройств, поддерживающих HART-протокол, и передаче этих данных по MODBUS-протоколу. Начиная с версии программного обеспечения 2.0, контроллер получил функционал классического HART-мультиплексора. КР-HART-MUX8.М3 в режиме HART-мультиплексора является функциональным аналогом HART-мультиплексора Phoenix Contact MACX MCR-S-MUX.

Обозначение контроллера при заказе: «Контроллер расширения КР-HART-MUX8.М3.Х», где Х — тип исполнения (1 или 2) по диапазону температуры эксплуатации.

KP-HART-MUX8.М3 позволяет считывать данные из HART-устройств, работающих в режиме 4-20 мА и имеющих адрес 0. Контроллер подключается параллельно датчику и не мешает работе токовой петли 4-20 мА. Все HART-каналы контроллера имеют гальваническую развязку, поэтому исключают взаимное влияние датчиков друг на друга, даже в случае, если датчики гальванически связаны и имеют разные потенциалы.

Режимы работы

Контроллер может работать одновременно в двух режимах.

1. Режим HART-MODBUS — режим автономного контроллера, который сам занимается вычитыванием переменных HART-датчиков и раскладыванием полученных данных в карту регистров MODBUS.
2. Режим HART-мультиплексора — на интерфейсы (RS-485, RS-232, USB) поступают команды протокола HART, и контроллер выполняет роль 8-канального HART-модема.

В режиме HART-MODBUS контроллер обеспечивает циклический опрос от 1-го до 8-ми HART-устройств, подключённых по одному на каждый канал устройства. Адрес у всех подключённых HART-устройств должен быть установлен равным 0. С каждого HART-устройства возможно считывание статуса устройства, первичной переменной, 2-х, 4-х или 8-ми назначенных динамических переменных и кодов единиц измерения (считывание более 4-х переменных возможно только для устройств, поддерживающих HART-протокол ревизии 6 и выше). Текущее значение этих параметров может быть считано через интерфейсы RS-232, RS-485 или USB по MODBUS-протоколу. Возможен одновременный опрос со всех интерфейсов. Описание протокола MODBUS приведено в Приложении 1.

Допускается одновременная работа в обоих режимах по всем внешним интерфейсам. Контроллер сам определяет, когда надо перейти в режим HART-MODBUS или в режим HART-мультиплексора.

Настройка

Настройка контроллера выполняется при помощи программы конфигурирования «Настройка КР (USB)» версии не ниже 1.0.0.148, доступной на сайте www.skbpa.ru. Программа конфигурирования позволяет:

• задать маску опрашиваемых каналов;
• назначить тип мастер-устройства (primary/secondary);
• задать параметры обмена контроллера (порты RS-485, RS-232, USB);
• изменять короткий адрес HART-устройств;
• переназначить динамические переменные HART-устройств;
• осуществлять мониторинг опрашиваемых переменных.

Конструкция и индикация

Электронная часть контроллера смонтирована на плате, помещённой в пластмассовый корпус для установки на DIN-рейку. На корпусе расположены 24 винтовые клеммы, 9 светодиодных индикаторов, разъёмы RS-232 и USB. К клеммам подключаются интерфейсные сигналы RS-485-1, RS-485-2, HART-сигналы и внешний источник питания. Также имеется возможность организации шины питания и связи RS-485 установкой шинных соединителей TBUS на DIN-рельс (см. «Монтаж»).

Светодиодный индикатор MODBUS указывает направление передачи TX/RX по каналу связи RS-232/RS-485 (зелёный цвет соответствует приёму, красный — передаче). Светодиодные индикаторы HART 1–HART 8 указывают направление передачи TX/RX по соответствующему каналу связи HART; зажигаются только те индикаторы, которые опрашиваются в текущий момент. Если при опросе датчика индикатор не зажигается зелёным (после красного) — ответ от датчика не принят.

Таблица 1. Назначение клеммных контактов

Таблица 2. Назначение контактов разъёма RS-232 (тип RJ-45)

Через разъём USB производится подключение компьютера для настройки контроллера и опроса переменных; при этом также обеспечивается питание контроллера. Через разъём RS-232 производится подключение к компьютеру или внешнему контроллеру, включая возможность подачи питания 5 В ± 10%.

Подключение датчиков с выходным HART-сигналом к контроллеру производится к неполярным клеммам HART, как показано на рис.2. HART-входы контроллера подключаются параллельно датчику.

Контроллер монтируется на DIN-рейку ТН35-7.5 шириной 35 мм, фиксация с помощью специальной защёлки снизу корпуса. Демонтаж производится в обратной последовательности, предварительно оттянув защёлку отвёрткой с плоским шлицом.

При установке нескольких контроллеров на одну DIN-рейку можно использовать общую шину для обеспечения питания контроллеров и связи по RS-485-1. Для этого на DIN-рейке монтируются шинные соединители, и на них устанавливаются контроллеры. Шины питания и RS-485-1 подключаются к шинным соединителям через клеммники с любой стороны. Через эти же клеммники можно подключить шину на других DIN-рейках. Допускается соединять до 32-х контроллеров на одной шине. Мощность блока питания выбирается исходя из количества подключённых контроллеров.

Для конфигурирования контроллера подключите его к ПК через порт USB кабелем USB2.0 Type C.

Установите на ПК программу конфигурирования «Настройка КР (USB)». Для установки программы конфигурирования необходим ПК со следующими характеристиками:

• процессор Р-100 (или выше);
• монитор с разрешением не менее 1024×768 pixel;
• память HDD — не менее 10 Мбайт;
• операционная система Microsoft Windows 7, 8, 8.1, 10;
• USB-порт.

После запуска программы появляется экран основного меню программы (рис.8).

Для того, чтобы начать настройку параметров конфигурации KP-HART-MUX8, необходимо нажать кнопку «Установить связь». Для редактирования доступны следующие группы параметров:

1. «Описание KP-HART-MUX8» в разделе «Контроллер»;
2. «Настройка порта RS-485»;
3. «Настройка порта RS-232»;
4. «Настройка порта USB»;
5. «Формат выдачи переменных»;
6. «Параметры HART-MODBUS»;
7. «Настройка HART-устройств».

Для работы в режиме HART-мультиплексора достаточно настроить только параметры того интерфейса, через который будет осуществляться работа с HART-устройством (например, для работы через ПО PACTware нужно задать такие же адрес и скорость, как в программе, и установить контроль чётности ODD).

Детальное описание каждого из параметров разделов появляется в нижней части экрана программы после выбора параметра.

Отдельно стоит обратить внимание на параметр «Настройка каналов опроса». После нажатия на кнопку (рис.9) пользователь получит возможность включать каналы в опрос или исключать их из опроса (рис.10).

Если КР-HART-MUX8 сконфигурирован для вычитывания 8-ми переменных, то необходимо назначить коды переменных для считывания. Для этого необходимо перейти в режим настройки каналов и в появившемся окне назначить требуемые переменные (см. рис.11). Коды переменных зависят от типа устройства и чаще всего отличаются у разных производителей, для чего необходимо использовать техническую документацию на прибор. Существует несколько общих кодов, которые присутствуют в каждом HART-устройстве:

• 243d – время жизни батареи (float в днях);
• 244d – процент шкалы;
• 245d – ток в токовой петле;
• 246d – первичная переменная PV (назначенная в HART-устройстве);
• 247d – вторичная переменная SV (назначенная в HART-устройстве);
• 248d – третичная переменная TV (назначенная в HART-устройстве);
• 249d – четверичная переменная QV (назначенная в HART-устройстве).

Также программа настройки позволяет производить смену адреса и назначение динамических переменных HART-устройств.

Контроллер поддерживает протокол MODBUS RTU. Формат кадра (входные данные к КР / выходные данные от КР):

ADDR, FUNC, DATA, DATA, … CRCL, CRCH

• ADDR — адрес КР (диапазон адресов 00h…F7h);
• FUNC — запрашиваемая функция;
• DATA — передаваемые данные (зависят от функции, могут отсутствовать);
• CRCL, CRCH — контрольная сумма.

Поддерживаемые функции

03 Read Holding Registers (Чтение системных регистров)

КР имеет 101 двухбайтный регистр с адресами 100h…164h, содержащих информацию о настройках КР, и 64 двухбайтных регистра с адресами 300h…33Fh для шлюза HART-команд. Команда доступна для чтения по заданному адресу устройства (при работе через порт USB также доступна по адресу 0). Описание регистров: таблица 1. Одновременно можно запросить не более 101 регистра.

Примечание: данные регистров в ответе передаются как 2 байта на регистр. Для каждого регистра первый байт содержит старшие биты, второй — младшие.

04 Read Input Registers (Чтение HART регистров)

КР имеет 338 двухбайтных регистров с адресами 00h…151h, содержащих информацию о группировке HART регистров, статусе контроллера и значениях переменных HART-устройств. Команда доступна для чтения по заданному адресу устройства (при работе через порт USB также доступна по адресу 0). Описание регистров: таблицы 2, 3. Адресация регистров зависит от количества считываемых переменных, количества опрашиваемых устройств и заданного порядка группировки переменных по регистрам. Одновременно можно запросить не более 125 регистров.

Статус HART-устройств и коды единиц измерения соответствуют стандарту HART-протокола. Значение FFh обоих байтов статуса HART-устройств означает отсутствие связи с данным HART-устройством. Значение FFFEh статуса HART-устройств означает отсутствие достоверных данных от HART-устройства (при старте KP-HART-MUX8).

06 Preset Single Register (Запись единичного регистра)

Запись разрешена в регистры 100h-120h и 125h-164h по любому адресу КР через интерфейс USB (режим конфигурирования) при заданном значении 03E8h регистра 0FFh. При сбросе контроллера значение регистра 0FFh устанавливается в 0, тем самым запрещая запись в регистры настройки.

Запись в регистры 200h и 300h-33Fh может осуществляться как через интерфейс USB в режиме конфигурирования (по адресу, заданному в регистре 10Bh), так и через интерфейсы RS-485 и RS-232 по адресам КР, заданным в регистрах 101h и 10Ah соответственно.

16 (10 Hex) Force Multiple Register (Запись группы регистров)

Доступны по записи регистры, описанные для команды 06. Возможна запись сразу до 102 регистров (адреса 0FFh-164h, в регистры 121h-124h запись осуществляться не будет).

Таблица 1. Регистры конфигурации контроллера (чтение командой 3, запись командами 6 и 16)

Таблица 2. Регистры расположения HART-переменных при группировке «по переменным» (только чтение командой 4)

Полная карта регистров для всех 4 конфигураций (1/2/4/8 переменных на канал, значение регистра 102h соответственно 0000h/0100h/0200h/0300h) — таблица из РЭ (Приложение 1, стр.20-22), приведена как есть, без сокращений:

Таблица 3. Регистры расположения HART-переменных при группировке «по каналам» (только чтение командой 4)

Полная карта регистров для конфигураций 5-8 (те же 1/2/4/8 переменных на канал, но с группировкой данных по каналу, а не по переменной) — таблица из РЭ (Приложение 1, стр.23-25), без сокращений:

Таблица 4. Статус контроллера КР-HART

Описание алгоритма трансляции HART-команд через шлюз (для режима HART-MODBUS)

В контроллере КР-HART-MUX8 имеется возможность трансляции любых HART-команд через MODBUS-протокол. Для этого есть регистровый шлюз с адресами 300h-33Fh. Запись в шлюз осуществляется modbus-командой 6 или 16, а чтение — командой 3. Обработка HART-команды осуществляется контроллером без остановки сканирования заданных HART-переменных, внутри текущего цикла опроса HART-устройств. Контроль выполнения записанной HART-команды осуществляется мониторингом регистра 300h (см. таблицу 5).

Для составления правильных HART-команд и разбора ответов необходимо использовать описания применяемых HART-устройств (какие HART-команды они поддерживают) и документацию на HART-протокол:

Данную документацию можно найти на сайте организации HART Communication Foundation: www.hartcomm.org

Алгоритм работы со шлюзом:

16-й modbus-командой записывается HART-команда согласно таблице 5 (можно использовать и 6-ю modbus-команду, но запись в 300h регистр должна быть последней). Эта запись запускает HART-команду в работу, поэтому сама HART-команда должна уже лежать в регистрах.

Затем читаем 3-й modbus-командой 300h регистр. Как только 7-й бит ст. байта этого регистра встал в единицу — ответ пришёл. При этом, если 6-й бит равен единице, это означает, что за заданное количество повторов (задаётся в регистре 107h) ответ от HART-устройства не получен. Если же 6-й бит равен нулю, ответ получен и его можно считать. При этом биты 0-5 старшего байта регистра 300h будут содержать данные о том, сколько регистров надо считать, начиная с адреса 301h, для получения всех байт ответа.

Время ожидания ответа может отличаться от запроса к запросу. На это может влиять отсутствие связи с одним или несколькими HART-устройствами. Количество повторов доступно в регистре 107h.

Если устройство, с которым необходимо связаться, ещё не участвовало в опросе, то время ожидания ответа будет несколько больше обычного (к устройству уйдёт две команды: одна команда с номером 0 для получения длинного адреса и затем запрошенная пользователем команда). Исходя из вышесказанного, лучше полагаться на состояние 7-го бита старшего байта регистра 300h, так как по его состоянию пользователь сможет точно определить готовность ответа.

Таблица 5. Регистры шлюза HART-команд

Пример обмена

Отправка HART-команды 01h (чтение первичной переменной), номер канала/короткий адрес — 04h (первый канал, короткий адрес №4):

Пишем в KP-HART-MUX8 (адрес клиента MODBUS = 1, номер MODBUS-команды = 16)

Запрос: 01h 10h 03h 00h 00h 02h 04h 00h 04h 01h 00h A7h 0Eh
Ответ:  01h 10h 03h 00h 00h 02h 41h 8Ch

Начинаем читать из KP-HART-MUX8

Запрос: 01h 03h 30h 00h 00h 01h 84h 4Eh
Ответ:  01h 03h 02h 00h 04h B9h 87h

Анализ показывает, что 7-ой и 6-ой биты стоят в нуле — ответ ещё не готов, продолжаем читать:

Запрос: 01h 03h 30h 00h 00h 01h 84h 4Eh
Ответ:  01h 03h 02h 85h 04h DBh 17h

Здесь мы видим, что 7-ой бит теперь равен 1, 6-ой бит равен 0, а значение, лежащее в битах 0-5, равно 5. Это значит, что ответ готов и пользователь должен запросить 5 регистров, начиная с адреса 301h. Если бы в регистре 300h было записано C0h 04h, то это было бы сигналом, что ответ так и не был получен.

Запрос: 01h 03h 30h 01h 00h 05h D4h 4Dh
Ответ:  01h 03h 0Ah 01h 07h 00h D8h 05h C2h E2h D6h 00h 00h A5h 4Ah

Таким образом, мы получили ответ от HART-устройства с коротким адресом 04h на запрос команды 01h.

Ошибка чтения устанавливается, если HART-устройство не ответило за заданное число попыток или в ответе была ошибка CRC.