Применение технологии HART при производстве ПНР
Современные датчики стали сложными устройствами. Всё чаще для их настройки применяются такие технологии, как BRAIN и HART. С их помощью очень удобно работать с настройкой и выполнять диагностику состояния работы. Как это использовать при выполнении пусконаладочных работ на объекте, рассмотрим в этой публикации на примере HART.
Что нужно, чтобы работать с HART?
Главное условие - датчик должен работать или выдавать сигнал по токовой петле 0/4-20 мА. И датчик должен поддерживать работу по HART (это опция). На сегодняшний день есть два способа подключения к приборам по HART протоколу: использование HART-коммуникаторов или HART-модемов. HART-коммуникатор - это переносное устройство, выполняющее функцию связи с датчиком и человеко-машинного представления данных для настройки. Попросту говоря, это прибор с проводами и экраном, с помощью которого можно сделать все настройки на месте.
HART-модем - это просто адаптер, позволяющий компьютеру (или ноутбуку) обмениваться данными с датчиком. Настройки выполняются в установленном на компьютере программном обеспечении.
Встает вопрос, что же выбрать для производства ПНР? Ответ, на мой взгляд, является достаточно простым: в процессе наладочных работ приходится сталкиваться с датчиками разных производителей. Универсальным средством для этого является использование HART-модема за счет того, что на компьютер проще поставить и найти программное обеспечение различных производителей для работы с датчиком. Например, для HART-коммуникатора требуется загрузка специальных файлов описания устройства, что делается с помощью компьютера. К тому же стоимость коммуникатора достаточно высока, а круг его применения среди поддерживаемого оборудования других производителей датчиков ограничен. Коммуникатор удобен для специалистов эксплуатирующей организации. Загрузив в него однажды файлы описания, очень удобно обслуживать имеющийся парк датчиков на предприятии.
Другое дело - ПНР. Здесь заранее неизвестно, с какими датчиками предстоит в жизни работать. Но возникает другая проблема - всё программное обеспечение от производителя платное. Имеются trial-версии, но это тоже совсем не выход. И нет никакого смысла приобретать это ПО, так как оно нужно периодически.
Как же сделать так, чтобы было универсально, дешево, функционально и по-честному (без взломов, "кряков" и т. д.)? Изучение этой проблемы привело к решению. Оказывается, не только Прохор Наумович задался таким вопросом. Существуют сообщества, изучающие множественные индустриальные стандарты связи и предлагающие одно ПО для доступа к полевому оборудованию. И всё это абсолютно бесплатно.
Одним из производителей такого универсального ПО является консорциум PACTware. Они внедряют технологию единого доступа к полевому оборудованию: одно программное обеспечение для доступа к любому полевому устройству.
Само программное обеспечение базируется на разработанном сообществом FDT Group стандарте обмена информацией IEC 62453 и ISA 103. В FDT Group состоят множество лидирующих производителей оборудования, такие как ABB, Danfoss, Endress+Hauser, Yokogawa и даже SIEMENS. И вот это сообщество разработало модель для построения автоматизированных систем, включающую в себя все - от сбора информации с датчиков, до представления этой информации для визуализации и архивирования. Чтобы сильно не заострять внимание на этом, в упрощенном виде схему работы можно представить так:
[Упрощенная схема, поясняющая структуру FDT и DTM]
Упрощенно эту схему следует понимать так:
- FDT (Field Device Technology) - это приложение, содержащее наборы интерфейсов для доступа к различным устройствам. Его функция - содержать в себе все возможные методы связи (Profibus, RS-485, HART и т. д.) для доступа к оборудованию, вне зависимости от архитектуры, производителя или протоколов.
- DTM (Device Type Manager или device driver) - это то, что называется драйвером, объясняет приложению, какие данные и как считать/записать из/в устройство, как их представить.
В нашем случае FDT - это и есть программное обеспечение PACTware, а вот DTМ - нужно будет скачивать с сайтов производителей на конкретный прибор или датчик. Вот эти DTM абсолютно свободно можно использовать в любом количестве без зазрения совести. Таким образом проблема использования в ПНР HART-протокола решается абсолютно без каких-либо дополнительных финансовых нагрузок, кроме покупки HART-модема.
Как установить и настроить PACTware для работы с датчиками?
Шаг 1: Получение и установка PACTware
Во-первых, его нужно загрузить с официального сайта PACTware. Перейдя по ссылке вы увидите несколько дистрибутивов, поддерживаемых разными производителями. Подойдет любой, Прохор Наумыч скачал себе от KROHNE Messtechnik GmbH и от Pepperl+Fuchs SE и особой разницы в них не заметил.
Выбрав дистрибутив, нужно скачать следующее ПО:
- Само приложение PACTware (на момент написания статьи это версия 5);
- Перейти в раздел DTM Collection и скачать DTM Generic HART и DTM HART Comm. DTM Generic HART это как раз "сердцевина" для работы по HART протоколу, а DTM HART Comm - драйвер для HART-модема.
Устанавливаем всё скаченное ПО на свой компьютер, который планируем использовать для работы с датчиками.
Шаг 2: Получение и установка библиотек DTM
Во-вторых, нужно скачать с сайта разработчика библиотеки DTM для оборудования. Чтобы это сделать, возможно, придется зарегистрироваться. Но оно стоит того.
[Пример скачивания на сайте Yokogawa библиотек DTM]
А затем установить из этого пакета DTM всех датчиков, с которыми планируется работа.
Шаг 3: Подключение к датчику
Для установления связи нужно выполнить физическое подключение модема к датчику, как показано на рисунке ниже.
[Схема подключения HART-модема к датчику при питании датчика по токовой петле]
[Схема подключения HART-модема к датчику при пассивной токовой петле]
Как видно из схемы, токовая петля нагружается искусственным резистором RН имеющем номинал в диапазоне 250 - 1100 Ом. Параллельно резистору RН подключается наш HART-модем. Полярность не имеет значения.
Шаг 4: Настройка PACTware для работы с датчиками
Подключаем наш модем в USB порт. Далее, запускаем PACTware: Пуск → Все программы → PACTware 5.0 → PACTware 5.0:
[Первый запуск PACTware]
Теперь нужно создать структуру для подключения к нашему HART-устройству. В левой части окна есть пункт с надписью HOST PC. Это корень нашей системы. Щелкаем на нем правой кнопкой мыши и выбираем в контекстном меню пункт Добавить устройство. Откроется библиотека интерфейсов.
[Добавление интерфейса HART в PACTware]
HOST PC - это, по-сути, наш компьютер. Для него нужно выбрать интерфейс (способ связи). В нашем случае это будет HART Communication, выбрав который нужно будет настроить еще и параметры связи.
[Настройка параметров связи HART-модема]
На рисунке интерфейс - это порт COM1 и настройки подошли для него по-умолчанию, так что танцев с бубном не пришлось делать.
Далее, щелкаем правой кнопкой мыши на нашем интерфейсе (это COM1) и в контекстном меню выбираем Добавить устройство. Откроется библиотека устройств.
[Добавление датчика в структуру]
Из библиотеки устройств нужно выбрать тип датчика, к которому осуществляется подключение. Кстати говоря, эта библиотека устройств и есть ничто иное, как все наши драйвера DTM. Нужда подключиться к Prowirl 200 - выбираем в библиотеке Prowirl 200 с соответствующей версией прошивки (указывается на шильдике датчика).
На рисунке ниже показана наша полная структура для связи с датчиком. Теперь ничто не мешает нам осуществить подключение к датчику. Для этого на пункте структуры Prowirl 200 щелкаем правой кнопкой мыши и выбираем Установить связь.
[Установления связи с устройством Prowirl 200]
После того, как иконка соединения становится зеленой, два раза щелкаем на пункте Prowirl 200, и если всё нормально, то начинается установка связи с устройством, и загружается интерфейс для работы с датчиком.
[Считывание данных с устройства Prowirl 200]
После загрузки интерфейса еще нужно подождать, когда прогрузятся параметры, а потом можно смотреть настройки и делать правки.
[Работа с параметрами датчика]
Заключение : об использованном оборудовании
Надеюсь, что этот опыт будет полезен. Никаких "танцев с бубном" подключение к датчику не вызвало, всё получилось с минимальными настройками. Конфигурация железа была такая:
- Ноутбук с Windows 7 Ultimate;
- HART-USB модем Метран 682;
- PACTware 5.0 от Pepperl+Fuchs или KROHNE Messtechnik GmbH;
- DTM Generic HART и DTM HART Comm с сайта Pepperl+Fuchs;
- Нагрузочный резистор Rн 500 кОм.
Подключение производилось в основном к датчикам Endress+Hauser и Yokogawa. Нигде никаких проблем не возникло. Это говорит о том, что на сегодняшний день это хорошо отлаженная и работоспособная технология.