Formation Bus de Terrain _Partie 2b _ HART

FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels

P2b : Réseau HART

W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 1

HART ( Highway Adressable Remote Transducer)


P2b : Réseau HART


L’ancêtre de Bus de Terrain : Boucle de courant 4-20 mA

• La boucle de courant 4-20 mA est l’ancêtre du réseau de terrain apparu dans les années 60

• La boucle de courant 4-20 mA est un moyen (réseau) de transmission permettant de transmettre un signal analogique sur une grande distance sans perte ou modification de ce signal

• Pour réaliser la boucle 4-20 mA, il faut au moins 4 éléments

– l’émetteur

– l’alimentation de la boucle

– les fils de la boucle

– le récepteur

• Ces 4 éléments sont connectés ensemble pour former une boucle

• Ce principe a été repris (par Apple) pour transmettre des bits du port série (convertisseurs RS232/Loop) créant ainsi les premiers réseaux locaux informatiques


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Réseau HART ( Highway Adressable Remote Transducer)

• BUTS – remplacer un capteur classique par le capteur intelligent

– avoir une représentation numérique de la valeur mesurée

tout en conservant la boucle analogique 4 -20 mA

– Accéder (à distance) aux données embarquées d’équipement

(Paramètres/Configuration/Diagnostic)

– minimiser les modifications de câblage (assurer la compatibilité avec les connexions 4-20mA)

• CARACTERISTIQUES PRINCIPALES – Communication : « Analogique + Numérique » ou « Numérique »

– Protocole du type Maître/Esclave (par polling) à 1200 bps,

– Temps réponse d ’esclave : 256 ms (2-3 interrogation /sec)

– Données type : Mesure / Paramètres / Device Status / Model ID / Range Value / Limits,….

– Un appareil peut disposer jusqu’à 256 octets de données

– 3000 m max entre le capteur et le récepteur

– Notion du Maître Secondaire et du capteur virtuel


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HART : Communication Analogique et Numérique


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HART : Communication

analogique et numérique


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Le réseau HART peut fonctionner dans une des deux configurations:- « point-to-point » (équipement isolé), ou- « multidrop » (structure en étoile)

Réseau HART : Topologies

Structure HART : « Point-To-Point » Structure HART : « Multidrop »


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Réseau HART : Topologie « Point-To-Point »

• La transmission analogique + numérique possible- La boucle 4–20 mA est utilisée pour transmettre la valeur d’une «variable process » (E/S ana) - cette valeur peut être aussi transmise numériquement- Les autres données embarquées sont transmises numériquement (protocole HART) et peuvent être exploitées pour des différentes tâches : p.ex. configuration, paramétrage, diagnostic

• En mode «Point-To-Point», le signal analogique 4–20 mA n’est pas affecté par HART et peut être

exploiter « normalement »; p.ex. pour la contrôle-commande• La communication numérique donne accès aux autres données qui peuvent être exploitées par le système pour des fonctions diverses


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Réseau HART : Topologie « MultiDrop » (en étoile)

• Ce mode de fonctionnement ne nécessite qu'une seule paire de fils.

• Il est possible de connecter jusqu’à 15 appareils de terrain (et, si

nécessaire, des barrières de sécurité et une alimentation auxiliaire)

• Le courant de travers de chaque appareil doit être fixé à une valeur minimale (généralement 4 mA).

• Toutes les valeurs de variables « process » sont transmises numériquement (!!!).

•Donc, en mode « Multidrop », toutes les adresses des appareils doivent être >0 et différentes


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Réseau HART : Deux modes de communication : Master-Slave / BURST

Le protocole HART autorise deux modes de communication entre Maître et Esclave :

• Par polling : mode Maître - Esclave

• Par broadcasting (diffusion) : mode BURST


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Réseau HART : Communication Maître-Esclave

• Mode : Maître - Esclave (polling)

– le principe Maître -Esclave est le mode « normale » du fonctionnement du réseau HART

– La transmission Analogique/Numérique possible

– Dans ce mode du fonctionnement, le signal analogique n’est pas interrompu (!!)

– le dialogue est toujours lancé par l’envoie d’une commande du Maître (Station Centrale)

– l’Esclave (Field Device) doit seulement répondre à cette commande dans un délais max. de 256 ms

– 2-3 transactions par seconde (par esclave)

– Les pauses peuvent être exploitées par le Maître secondaire


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Réseau HART : Communication en BURST mode

• Mode : BURST Mode (broadcasting)

– BURST est un mode optionnel de communication quipermet à un simple esclave HART de diffuser en continu un message (réponse) standard

– Le Maître n’est pas obligé à envoyer des requêtes pour obtenir des valeurs actualisées de variable «process» .

– Ce mode permet d’avoir 3-4 messages par seconde

– Les « pauses » peuvent être exploitées par le(s) Maître(s) pour exécuter les transactions « Maître/Esclave »


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Intégration HART dans un réseau d’usine

HART est une solutions rentables de l'intégration de l’équipement analogique dans les systèmes de contrôle de l'usine

• Il existe de nombreux systèmes E/S directement compatible avec HART et qui

permettent d’accéder aux données à tous les niveaux

• Il existe des produits qui facilitent l'intégration de HART dans les systèmes existants :

- Multiplexeurs - Passerelles (HART/Ethernet, HART/Modbus, HART/Profibus, et plus ...)- Les Interfaces spécialisés qui permettent non seulement de convertir variables

4-20mA en numériques, mais aussi de traiter des alertes et de diagnostiquer des appareils

• il existe les solutions software (OPC Server) qui permettent facilement d’accéder aux données de l'appareil HART, ne importe où sur le réseau de l'usine


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Intégration HART : ouverture vers les réseaux existants

• Il existe des passerelles qui facilitent l'intégration de HART dans un réseau existant :

- HART/Ethernet,- HART/Modbus,- HART/Profibus, - HART/Fieldbus Foundation,et plus ...)


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CPX Festo et l’intégration des produits HART

Le CPX possède les entrées analogiques 4-20 mA

Mais

1. Si les appareils HART sont configurés en mode « Multidrop", les valeurs analogiques (4 / 20mA) de chaque dispositif ne sont pas disponibles pour CPX, car elles sont (seulement) disponibles en tant que valeurs numériques.

2. Idem pour l’application « standard » où chaque appareil HART est connecté à un canal (séparé) d’une passerelle « active » HART/Bus de terrain.

L'inconvénient de ces configurations:- à cause d’une communication HART très lent (1200 bps) les valeurs de variables « process » de chaque appareil ne seront pas disponibles en vrai "temps réel »


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CPX Festo et l’intégration des produits HART

Les appareils HART sont connectés à CPX (via les entrées analogiques 4-20mA) et à une passerelle HART/Bus de terrain (passive):

- Via le CPX, les valeurs de mesure analogiques sont disponibles en temps réel- Configuration/diagnostic de l’appareil peut être faite via liaison numérique HART

Mais

- Le câblage plus onéreux

- Augmentation de la complexité !!!


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Bus de Terrain : Réseau HART : Avantages

•Equipement intelligent : plus de précision, plus de fonctionnalités

•Protocole ouvert : le choix de fournisseurs, multiples passerelles disponibles : HART/Ethernet, HART/Profibus,…

•Câblage à 2 fils : possibilité d ’utilisation du câblage existant

•Transmission analogique et digitale : compatibilité avec des systèmes existants, mise en réseau des capteurs analogiques

•Connexions « Multidrop » : économie du câblage

•Multi-maître : utilisation PC diagnostic sans perturber le système Contrôle commande

•Télé diagnostic et télé paramétrage : idéale pour des instruments inaccessibles

• Wireless HART : Premier réseau « radio » industriel normalisé !!!

• Device Description Language : Interopérabilité garantie


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Bus de Terrain : Réseau HART ( suite)

• AVANTAGES :

– Relativement facile à comprendre et à mettre en service sur le site

– Largement répandu dans l ’Industrie du Process

– Utilisateurs et constructeurs groupés en HART User Group (70 membres)

– Support technique assuré par HART Communication Foundation

– Terminal portable (Pocket) universel

– Multiples passerelles vers autres réseaux : HART/Ethernet, HART/Profibus

– Wireless HART est le premier réseau industriel « Radio » normalisé

– Donc, HART est le système qui assure une excellente interopérabilité avec les autres réseaux (Ethernet, Profibus, CC-Link, ControlNet, FF, ….)

– c ’est pourquoi il est conseillé par le Comité FIELDBUS IEC/ISA SP 50 comme une solution « réseau standardisé » (avec Ethernet et IO-Link)


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Fin

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