TRANSMISJA CYFROWA:
1. Interfejs szeregowy RS232/485.
2. Pętla prądowa.
3. Protokół HART.
Interfejs szeregowy RS232/485.
do góry
Często spotykamy się w warunkach przemysłowych z koniecznością połączenia komputera PC z urządzeniami rozproszonymi na obiekcie. Zwykle urządzenia elektroniczne posiadają interfejs szeregowy RS232. Najprostszym rozwiązaniem jest bezpośrednie połączenie kablowe od komputera PC do każdego z urządzeń. W przypadku większej ilości urządzeń pociąga to za sobą konieczność poniesienia dużych nakładów na zbudowanie infrastruktury okablowania. Po stronie komputera wymaga to również wykorzystania wieloportowych kart interfejsu szeregowego.
Rys. 1 Klasyczne połączenie komputera PC z wieloma urządzeniami poprzez RS232.
Innym rozwiązaniem problemu połączenia komputera PC z rozproszonymi urządzeniami jest użycie interfejsów sieciowych, które pozwalają na redukcję kosztów okablowania oraz znaczne uproszczenie i usprawnienie obsługi rozproszonych urządzeń. W następnych punktach zostanie omówiony sieciowy interfejs szeregowy RS485 oraz sieć Ethernet. Sieciowy interfejs szeregowy RS485 Obecnie szereg urządzeń pomiarowo-sterujących posiada interfejs RS485. Zbudowanie sieci w tym przypadku jest bardzo proste. Do komputera PC należy przyłączyć konwerter RS232-RS485 (I-7510/20). Zakłada się, że aplikacja na komputerze PC powinna umieć zaadresować każde urządzenie, które znajduje się w sieci RS485.
Rys. 2 Połączenie komputera PC z wieloma urządzeniami poprzez RS485.
Adresowanie urządzeń RS232 w sieci RS485.
Co jednak zrobić gdy urządzenie końcowe posiada tylko interfejs RS232? Jak przypisać adres sieciowy do każdego urządzenia? W tym przypadku należy użyć tzw. adresowalnych konwerterów RS232-RS485 (I-7521..27). Są to aktywne moduły, które oprócz funkcji konwersji interfejsów przypisują urządzeniom RS232 adres w sieci RS485. Moduły konwerterów adresowalnych mogą mieć od 1 do 9 portów szeregowych.
Rys. 3 Włączenie urządzeń z RS232 do sieci z RS485.
Pętla prądowa.
Jako system przesyłania informacji cyfrowych w automatyce jest również wykorzystywana pętla prądowa. Jej zaletą jest możliwość przesyłania na dość duże odległości. Umożliwia przesyłanie za pomocą dwóch przewodów podłączonych szeregowo do urządzenia. Prąd 20mA odpowiada poziomowi "1" logicznej, zaś 0mA odpowiada poziomowi "0" logicznego.
Rys. 4 Konwerter interfejsu RS232 na pętle prądową (RS232-Current Loop Converter
Konwerter RS232-PP-2 jest konwerterem interfejsu RS232 na pętlę prądową 20mA i odwrotnie. Konwerter ten posiada dwie zwory (J1,J2) do ustawiania trybów pracy pętli prądowej. Przy zwartych obu zworach sygnały RS232 są zamieniane na prąd +/- 20mA, a przy jednej zworze zwartej na prąd 0/20mA. Standardowo obie zwory są wykonane na druku. Rozwarcie dokonuje się poprzez przecięcie odpowiedniej ścieżki.
Przyjęta w konwerterze konwencja zamiany sygnałów jest następująca:
1. Dla konwersji pętla prądowa > RS232
o +20mA - 1 logiczna > napięcie -5V do -12V)
o -20mA lub 0mA - 0 logiczne > napięcie +5V do +12V)
2. Dla konwersji RS232 > pętla prądowa
o Przy zwartych zworach J1 i J2:
o (-5V do -12V) - 1 logiczna > +20mA
o (+5V do +12V) - 0 logiczne > -20mA
o Przy zwartej jednej zworze J1 lub J2:
o (+5V do +12V) - 0 logiczne > 0mA
Protokół HART.
HART (ang. Higway addressable Remote Transducer) jest to nazwa systemu opracowanego przez firmę Rosemount, będącego dwuczęstotliwościowym modemem nałożonym na standardowy sygnał prądowy 4-20 [mA]. System został opracowany jako otwarty, umożliwiający jednoczesną komunikację analogową i cyfrową . Zapewnia transmisję na odległość max. 3000[m] na parze skręconych przewodów. Protokół HARTa używa modulacji częstotliwościowej FSK technicznie bazującej na standardzie komunikacyjnym Bell 202. Cyfrowy sygnał w postaci dwóch częstotliwości jest nałożony na sygnał pradowy (analogowy) 4-20[mA]. Sygnał cyfrowy używa dwóch niezależnych częstotliwości 1200[Hz] i 2200[Hz], które reprezentują wysoki i niski poziom logiczny. Ponieważ średnia wartość prądu zmiennego jest zero, cyfrowa komunikacja nie oddziaływuje na sygnał prądowy.
Z protokołem HART urządzenia mogą się komunikować na wyspecyfikowanej dwuprzewodowej sieci lub korzystając z faktu, że protokół używa systemu Bell 202, mogą dzierżawić linie telefoniczne. Interfejs dopuszcza możliwość zasilania systemu z jednego źródła przyłączonego do sieci komunikacyjnej pod warunkiem, że zapewnimy optoizolację transmiterów od sieci i liczba inteligentnych narzędzi przyłączonych do sieci nie przekroczy 15.
Protokół HART dopuszcza dwie metody cyfrowej komunikacji :
- Zapytanie/odpowiedź (ang. poll/response)
- Impuls (ang. burst)
Obie z tych metod dostarczają jednakowego dostępu do procesów i zachowania informacji. W metodzie ,,poll/response" urządzenie nadrzędne (ang. master) żąda informacji dla inteligentnych narzędzi i zapewnia wykonanie procesu dwa razy w ciągu sekundy. W metodzie ,,burst" proces ciągłej transmisji danych nie potrzebuje nadzorcy żądającego pozwolenia dla komunikacji i zapewnia szybkość wykonania pojedynczego cyfrowego procesu 3,7 raza na sekundę. Metoda ta nie może być używana w sieciach wielogałęziowych.
Protokół ten używa i dostosowuje się do wymagań modelu ISO/OSI na poziomie trzech warstw tego modelu : warstwie pierwszej (w.fizycznej), warstwie drugiej (w.łącza danych) oraz warstwie siódmej (w.aplikacji).
· Warstwa fizyczna używa modulacji FSK na podbudowie standardu komunikacyjnego Bell 202 : szybkość transmisji 1200[bit/s], logiczna ,,1" - częstotliwość 1200[Hz], logiczne ,,0" - częstotliwość 2200[Hz].
· Warstwa łącza danych specyfikuje w protokole format ramki danych. Komunikaty danych mają dwu-wymiarową kontrolę błędu, zawierającą wzdłużną i poprzeczną kontrolę parzystości dla maksymalnej integracji danych. HART komunikuje dostarczone obramowania (ang. Data Link Format) wprowadzając niezbędne adresowanie dla wielokrotnych urządzeń nadrzęnych i sieciowych. Na poniższym rysunku przedstawiono format ramki danych protokołu HART :
Obramowanie komunikatu używane w protokole HART
o FORMAT KOMUNIKATU łącza danych protokołu jest następujący : bity wstępu (trzy lub więcej heksadecymalne znaki FF)
o SD - bity startu znaków (uzależnione od metody komunikacji)
o AD - bity zaadresowania (pięć bajtów dla ramki długiej)
o CD - bity komend protokołu HART (komendy są ukryte pod liczbami z zakresu 0 do FF (do 255))
o BC - bajty zliczające (liczba znaków uzależniona od komunikatu)
o bity statusu (dwa bajty tylko dla komunikatów do urządzeń podrzędnych)
o bity danych (format standardowej ramki dla transmisji asynchronicznej : 1 bit startu, 8 bitów danych, 1 bit parzystości, 1 bit stopu)
o bity sumy kontrolnej (uzależnione od komunikatu) .
Warstwa aplikacji jest reprezentowana przez zdefiniowane komendy protokołu, przeznaczone dla nadrzędnych jednostek np. Model 268 SMART FAMILY Interface, Rosemount System3 lub RMV9000. Komendy dostarczają jednolitych i zgodnych komunikatów dla wszystkich narzędzi.Wyróżniamy trzy klasy komend :
o UNIWERSALNE (zdefiniowane dla wszystkich narzędzi w sieci, dotyczące procesu czytania zmiennych i uniwersalnych informacji)
o WSPÓLNE (przeznaczone do zapisu wspólnych parametrów i zmiany wyróżnionych parametrów)
o SPECYFICZNE (przeznaczone do czytania specyficznych informacji od narzędzi oraz czytania i zapisu do bazy danych).
Urządzenia wykorzystujące protokół HART:
Rys. 5 Mikroprocesorowy przetwornik temperatury.
Są to nowoczesne, mikroprocesorowe przetworniki temperatury; zasilane w pętli sygnału wyjściowego (dwuprzewodowe). Współracują zarówno z czujnikami rezystancyjnymi jak i termoparami. Przetworniki te mogą być programowane dla uzyskania wejścia o dowolnym zakresie. Programowanie odbywa się po linii sygnału wyjściowego wg protokołu zgodnego z protokołem HART lub poprzez RS 232 Posiadają wtedy dodatkowe złącze służące do programowania. Wprowadzamy także wersję przetworników w obudowach listwowych wyposażonych w RS 485
Rys. 6 Wyświetlacz.
Wersje naścienne przetworników serii SMPT-2X mogą być wyposażone w wyświetlacz pokazujący wartość mierzoną lub wartość prądu wyjściowego. Oferujemy także konwerter umożliwiający zamianę standardu RS-232 na HART i odwrotnie. Umożliwia komunikację między PC a urządzeniem wyposażonym w standard HART. Zasila się z komputera i posiada oddzielenie galwaniczne.
mareklan