Highway Addressable Remote Transducer

Das Kommunikationssystem zum Aufbau industrieller Feldbusse

Das Highway Addressable Remote Transducer Protokoll (HART) ist eine frühe Version des Feldbusses, einem digitalen, industrielleAutomatisierungsprotokoll.

Der größte Vorteil ist, dass er auf dem konventionellen 4-20 mA Standard basiert, der zur Übertragung analoger Signale dient. Die vorhandene Verkabelung des alten Systems kann dabei weiter genutzt werden und ein Parallelbetrieb beider ist möglich. Das Highway Addressable Remote Transducer Protokoll ist aufgrund der Basis des 4-20 mA Standards eines der weit verbreitetsten Industrieprotokolle weltweit. Die Datenübertragung erfolgt nach dem Bell 202-Standard über die Frequency Shift Keying-Technologie. Das Highway Addressable Remote Transducer Protokoll bietet eine sehr gute Anwenderfreundlichkeit für Benutzer, die das bisherige 4-20 mA Protokoll verwenden, aber ein „smarteres“ System mit mehr Leistungsumfang benutzen wollen.

Das Protokoll wurde von Rosemount Inc. Mitte der 1980er Jahre als proprietäres Kommunikationsprotokoll entwickelt, um Anwendung in den eigenen intelligenten Feldbusgeräten zu finden. Bald entwickelte sich daraus Highway Addressable Remote Transducer Protokoll. Im Jahr 1986 wurde es zu einem offenen Protokoll umgewandelt. Seitdem wurden die Fähigkeiten des Protokolls durch sukzessive Änderungen der Spezifikationen erweitert.

Highway Addressable Remote Transducer - Verschiedene Modi

Es gibt zwei Betriebsarten für Highway Addressable Remote Transducer Protokoll-Geräte: einen analog / digitalen Modus und einen Multidrop-Modus.

Im Point-To-Point-Betrieb (analog / digital) werden die digitalen Signale auf das 4-20 mA System aufgelegt. Sowohl der 4-20 mA-Strom als auch das digitale Signal sind damit gültige Ausgangswerte des Gerätes. Die Polling-Adresse des Geräts wird auf "0" gesetzt. Nur ein Gerät kann pro Signalkabelpaar benutzt werden. Dabei kann ein Signal, welches vom Benutzer definiert wird, als 4-20 mA-Signal gesendet werden. Andere Signale werden beim Highway Addressable Remote Transducer Protokoll digital auf das 4/20 mA-Signals aufgelegt gesendet. Zum Beispiel kann eine Druckangabe als 4-20 mA-Signal gesendet werden, ein Bereich von Drücken oder Temperaturen können aber zusätzlich digital über die gleichen Leitungen gesendet werden.

Im Multidrop-Betrieb (digital) werden nur die digitalen Signale verwendet. Der analoge Schleifenstrom wird dabei auf 4 mA fixiert. Im Multidrop-Modus ist es möglich, mehr als ein Gerät pro Signalkabelpaar zu betreiben.

Highway Addressable Remote Transducer Protokoll Revisionen 3 bis 5 erlauben Polling-Adressen der Geräte im Bereich von 1-15. HART 6 und höher erlaubt eine Adresse bis zu 63. Jedes Gerät muss eine eigene eindeutige Adresse haben.

Highway Addressable Remote Transducer – Paketstruktur

Das Highway Addressable Remote Transducer Protokoll besteht aus folgenden einzelnen Bestandteilen:

Name

Länge (Bytes)

Zweck

Präambel 

5-20

Synchronisation und Definierung des Übertragers

Startbyte 

1

Gibt die Master-Nummer an 

Adresse

1-5

Definiert Slave, Master und startet den Burst-Modus 

Befehl

1

Zahlenwert für den auszuführenden Befehl

Anzahl der Datenbytes 

1

Gibt die Größe des Datenfeldes an 

Status

Master (0)
Slave (2)

Ausführung und Sicherheitswiederholung 

Daten

0-253

Zu übertragende Daten

Prüfsumme

1

Prüfsumme aller Bytes vom Startbyte zum zu den Datenbytes

Präambel
Derzeit werden alle neuen Geräte, die auf dem Highway Addressable Remote Transducer Protokoll basieren, mit einer 5 Byte Präambel implementiert, da alles, was größer ist, die Übertragungsgeschwindigkeit reduziert. Hierbei sind allerdings die Mastergeräte verantwortlich für die Abwärtskompatibilität. Die Master-Kommunikation auf ein neues Gerät startet mit der maximalen Präambellänge von 20 Bytes und wird danach so weit reduziert, bis die Präambelgröße für das aktuelle Gerät passt.

Startbyte
Dieses Byte enthält die Master-Nummer und gibt den Start des Kommunikationspakets an.

Adresse
Gibt die Zieladresse des Gerätes an, welches im Highway Addressable Remote Transducer Protokoll vorhanden ist. Das ursprüngliche Adressierungsschema verwendet nur 4 Bits, was die Anzahl von Geräten auf 16 einschließlich des Masters begrenzt.
Das neuere System nutzt 38 Bits, um die Geräte-Adresse anzugeben. Diese Adresse wird von dem Gerät entweder mit Command 0 oder Command 11 angefordert.

Command
Dies ist ein 1 Byte-Zahlenwert, um anzuzeigen welcher Befehl ausgeführt werden soll. Command 0 und Command 11 werden wie oben beschrieben verwendet, um ein Gerät zu kontaktieren.

Anzahl der Datenbytes
Gibt die Anzahl der Datenbytes an, die auf die Statusangabe folgen.

Status
Das Status-Feld fehlt für den Master und besitzt zwei Bytes für den Slave. Dieses Feld wird durch den Slave verwendet, um dem Master mitzuteilen, ob die Aufgabe erledigt ist und über seinen aktuellen Gerätestatus zu informieren.

Daten
In diesem Feld werden die Daten gesendet. Die Daten, die in diesem Feld enthalten sind, sind unabhängig von dem auszuführenden Befehl.

Prüfsumme
Die Prüfsumme wird aus einem XOR aller Bytes gebildet. Beginnend mit dem Startbyte und endend mit dem letzten Byte des Datenfeldes.

Wireless HART

Im September 2007 legte die HCF (Highway Addressable Remote Transducer Communication Foundation) den neuen WirelessHART-Standard fest. WirelessHART ist ein Teil der neuen HART-7-Spezifikation.

Die Funkübertragung basiert dabei auf dem drahtlosen Kommunikationsstandard IEEE 802.15.4 (ISM-Band). Verwendet wird TDMA als Übertragungsverfahren. Um für Sicherheit zu sorgen, wird eine Verschlüsselung auf Basis des Advanced Encryption Standard (AES 128) verwendet. Somit kann der Datentransfer und die Parametrierung der Feldgeräte nicht unbefugt verändert werden.