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FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 1
HART
( Highway Adressable Remote Transducer)
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
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L’ancêtre de Busde Terrain: Bouclede courant4-20 mA
• La boucle de courant 4-20 mA est l’ancêtre du réseau de terrainapparu dans les années 60
• La boucle de courant 4-20 mA est un moyen (réseau) detransmission permettant de transmettre un signal analogique sur une
grandedistance sans perte ou modification de ce signal
• Pour réaliser la boucle 4-20 mA, il faut au moins 4 éléments
– l’émetteur
– l’alimentationde laboucle
– les filsde laboucle
– le récepteur
• Ces 4 éléments sont connectés ensemble pour former une boucle
• Ce principea été repris (parApple) pour transmettre desbits duportsérie (convertisseurs RS232/Loop) créant ainsi les
premiers réseaux locaux informatiques
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 3
RéseauHART ( HighwayAdressableRemoteTransducer)
• BUTS
– remplacerun capteurclassique parle capteurintelligent
– avoirunereprésentationnumériquede lavaleurmesurée
touten conservantlaboucle analogique4 -20mA
– Accéder (àdistance)auxdonnéesembarquées d’équipement
(Paramètres/Configuration/Diagnostic)
– minimiser les modifications de câblage (assurerlacompatibilitéaveclesconnexions 4-20mA)
• CARACTERISTIQUESPRINCIPALES
– Communication:« Analogique+Numérique»ou« Numérique»
– Protocoledu type Maître/Esclave(parpolling)à1200bps,
– Tempsréponsed ’esclave:256ms(2-3interrogation/sec)
– Donnéestype:Mesure/Paramètres/ DeviceStatus/ModelID/Range Value/ Limits,….
– Unappareilpeutdisposerjusqu’à256octetsdedonnées
– 3000mmaxentrele capteuret le récepteur
– NotionduMaîtreSecondaireet ducapteurvirtuel
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
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HART :Communication Analogique et Numérique
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
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HART:Communication
analogiqueetnumérique
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
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LeréseauHARTpeut fonctionnerdansunedesdeuxconfigurations:
- «point-to-point» (équipement isolé), ou
- «multidrop » (structureen étoile)
RéseauHART :Topologies
StructureHART: « Point-To-Point» StructureHART : « Multidrop »
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
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RéseauHART:Topologie «Point-To-Point»
• Latransmission analogique +numérique possible
- Laboucle 4–20 mA est utilisée pourtransmettre 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) etpeuvent être exploitées pour des différentes tâches
: p.ex. configuration, paramétrage, diagnostic
• En mode «Point-To-Point»,le signalanalogique4–20mA n’estpasaffectépar HARTet peutêtre
exploiter« normalement»; p.ex. pourla contrôle-commande
• La communicationnumériquedonneaccèsaux autresdonnéesqui peuventêtre exploitéesparle
systèmepourdesfonctionsdiverses
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
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RéseauHART:Topologie «MultiDrop »(en étoile)
• Ce mode de fonctionnement ne nécessite qu'une seule pairede
fils.
• Il est possible de connecter jusqu’à 15 appareils deterrain (et,si
nécessaire,desbarrièresdesécuritéet unealimentationauxiliaire)
• Lecourant de traversde chaque appareil doit être fixéà une
valeur minimale (généralement 4 mA).
• Toutes les valeurs devariables « process» sont transmises
numériquement (!!!).
• Donc, en mode « Multidrop», toutes les adresses desappareils
doivent être >0 et différentes
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
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RéseauHART :Deuxmodesdecommunication:Master-Slave/ BURST
Le protocole HARTautorise deux modes decommunication entre Maître et Esclave :
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P2b : Réseau HART
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RéseauHART :CommunicationMaître-Esclave
• Mode:Maître - Esclave (polling)
– le principe Maître-Esclave est le mode«normale » dufonctionnement du réseau
HART
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Centrale)
– l’Esclave (Field Device) doit seulement répondre à cette commande dans un délais
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– 2-3 transactions parseconde (paresclave)
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P2b : Réseau HART
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RéseauHART :Communicationen BURSTmode
• Mode:BURSTMode (broadcasting)
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permet àun simple esclave HARTdediffuser en continu un message
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– Les «pauses »peuvent être exploitées parle(s) Maître(s) pour exécuter les
transactions «Maître/Esclave »
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IntégrationHART dansunréseau d’usine
HART est une solutions rentables de l'intégration de l’équipement
analogique dans les systèmes de contrôle de l'usine
• Ilexistede nombreuxsystèmes E/S directementcompatible avecHART etqui
permettentd’accéderauxdonnéesàtousles niveaux
• Ilexistedesproduitsqui facilitentl'intégrationdeHART dansles systèmes
existants:
-Multiplexeurs
-Passerelles (HART/Ethernet,HART/Modbus,HART/Profibus,et plus...)
-LesInterfacesspécialisés qui permettentnon seulementde convertirvariables
4-20mAen numériques,maisaussidetraiterdesalertesetde diagnostiquerdes
appareils
• il existeles solutions software(OPCServer)qui permettentfacilementd’accéder
auxdonnéesdel'appareilHART,neimporteoù surle réseaudel'usine
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Intégration HART :ouverture vers les réseaux existants
• Ilexistedespasserellesquifacilitent
l'intégrationdeHARTdans unréseau
existant:
- HART/Ethernet,
- HART/Modbus,
- HART/Profibus,
- HART/FieldbusFoundation,
et plus...)
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P2b : Réseau HART
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CPXFesto et l’intégration desproduits HART
Le CPXpossède 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 pourCPX, car elles sont (seulement) disponibles en tant
que valeurs numériques.
2. Idem pour l’application« standard »où chaque appareil HART est
connecté àun canal (séparé) d’une passerelle « active » HART/Bus
de terrain.
L'inconvénient deces configurations:
- à cause d’une communication HART très lent (1200 bps) les valeurs
de variables« process » dechaque appareil ne seront pas disponibles
en vrai "temps réel »
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 15
CPXFesto et l’intégration desproduits HART
Les appareils HARTsont connectés à CPX (via les entrées analogiques 4-20mA)età une passerelle HART/Bus de
terrain(passive):
-Via le CPX, les valeurs de mesureanalogiques sont disponibles entemps réel
-Configuration/diagnostic del’appareil peut être faite via liaison numériqueHART
Mais
-Le câblage plus onéreux
-Augmentation dela complexité !!!
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P2b : Réseau HART
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Bus de Terrain : Réseau HART : Avantages
•Equipement intelligent : plus deprécision, plus defonctionnalités
•Protocole ouvert : le choix de fournisseurs, multiples passerelles
disponibles : HART/Ethernet,HART/Profibus,…
•Câblage à 2fils : possibilité d ’utilisation du câblage existant
•Transmission analogique et digitale : compatibilité avec des systèmes existants,
mise enréseau des capteurs analogiques
•Connexions « Multidrop » : économiedu 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 : Interopérabilitégarantie
FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels
P2b : Réseau HART
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Busde Terrain : Réseau HART ( suite)
• AVANTAGES:
– Relativement facile à comprendre et à mettre en service sur le site
– Largement répandudans l’Industriedu Process
– Utilisateurs et constructeurs groupés en HARTUser Group (70 membres)
– Support techniqueassuré par HART CommunicationFoundation
– Terminalportable (Pocket) universel
– Multiples passerelles vers autres réseaux : HART/Ethernet,HART/Profibus
– Wireless HARTest le premier réseau industriel « Radio » normalisé
– Donc, HART estle 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/ISASP 50 comme unesolution « réseau
standardisé »(avec Ethernetet IO-Link)
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Formation Bus de Terrain _Partie 2b _ HART

  • 1. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 1 HART ( Highway Adressable Remote Transducer)
  • 2. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 2 L’ancêtre de Busde Terrain: Bouclede courant4-20 mA • La boucle de courant 4-20 mA est l’ancêtre du réseau de terrainapparu dans les années 60 • La boucle de courant 4-20 mA est un moyen (réseau) detransmission permettant de transmettre un signal analogique sur une grandedistance sans perte ou modification de ce signal • Pour réaliser la boucle 4-20 mA, il faut au moins 4 éléments – l’émetteur – l’alimentationde laboucle – les filsde laboucle – le récepteur • Ces 4 éléments sont connectés ensemble pour former une boucle • Ce principea été repris (parApple) pour transmettre desbits duportsérie (convertisseurs RS232/Loop) créant ainsi les premiers réseaux locaux informatiques
  • 3. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 3 RéseauHART ( HighwayAdressableRemoteTransducer) • BUTS – remplacerun capteurclassique parle capteurintelligent – avoirunereprésentationnumériquede lavaleurmesurée touten conservantlaboucle analogique4 -20mA – Accéder (àdistance)auxdonnéesembarquées d’équipement (Paramètres/Configuration/Diagnostic) – minimiser les modifications de câblage (assurerlacompatibilitéaveclesconnexions 4-20mA) • CARACTERISTIQUESPRINCIPALES – Communication:« Analogique+Numérique»ou« Numérique» – Protocoledu type Maître/Esclave(parpolling)à1200bps, – Tempsréponsed ’esclave:256ms(2-3interrogation/sec) – Donnéestype:Mesure/Paramètres/ DeviceStatus/ModelID/Range Value/ Limits,…. – Unappareilpeutdisposerjusqu’à256octetsdedonnées – 3000mmaxentrele capteuret le récepteur – NotionduMaîtreSecondaireet ducapteurvirtuel
  • 4. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 4 HART :Communication Analogique et Numérique
  • 5. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 5 HART:Communication analogiqueetnumérique
  • 6. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 6 LeréseauHARTpeut fonctionnerdansunedesdeuxconfigurations: - «point-to-point» (équipement isolé), ou - «multidrop » (structureen étoile) RéseauHART :Topologies StructureHART: « Point-To-Point» StructureHART : « Multidrop »
  • 7. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 7 RéseauHART:Topologie «Point-To-Point» • Latransmission analogique +numérique possible - Laboucle 4–20 mA est utilisée pourtransmettre 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) etpeuvent être exploitées pour des différentes tâches : p.ex. configuration, paramétrage, diagnostic • En mode «Point-To-Point»,le signalanalogique4–20mA n’estpasaffectépar HARTet peutêtre exploiter« normalement»; p.ex. pourla contrôle-commande • La communicationnumériquedonneaccèsaux autresdonnéesqui peuventêtre exploitéesparle systèmepourdesfonctionsdiverses
  • 8. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 8 RéseauHART:Topologie «MultiDrop »(en étoile) • Ce mode de fonctionnement ne nécessite qu'une seule pairede fils. • Il est possible de connecter jusqu’à 15 appareils deterrain (et,si nécessaire,desbarrièresdesécuritéet unealimentationauxiliaire) • Lecourant de traversde chaque appareil doit être fixéà une valeur minimale (généralement 4 mA). • Toutes les valeurs devariables « process» sont transmises numériquement (!!!). • Donc, en mode « Multidrop», toutes les adresses desappareils doivent être >0 et différentes
  • 9. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 9 RéseauHART :Deuxmodesdecommunication:Master-Slave/ BURST Le protocole HARTautorise deux modes decommunication entre Maître et Esclave : • Par polling : mode Maître -Esclave • Par broadcasting (diffusion) : mode BURST
  • 10. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 10 RéseauHART :CommunicationMaître-Esclave • Mode:Maître - Esclave (polling) – le principe Maître-Esclave est le mode«normale » dufonctionnement du réseau HART – La transmission Analogique/Numérique possible – Dans ce mode du fonctionnement, lesignal 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 parseconde (paresclave) – Les pauses peuvent être exploitées parle Maître secondaire
  • 11. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 11 RéseauHART :Communicationen BURSTmode • Mode:BURSTMode (broadcasting) – BURST est un modeoptionnel de communication qui permet àun simple esclave HARTdediffuser en continu un message (réponse) standard – Le Maîtren’est pas obligé à envoyer des requêtes pour obtenir desvaleurs actualisées devariable«process» . – Cemode permet d’avoir 3-4 messages parseconde – Les «pauses »peuvent être exploitées parle(s) Maître(s) pour exécuter les transactions «Maître/Esclave »
  • 12. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 12 IntégrationHART dansunréseau d’usine HART est une solutions rentables de l'intégration de l’équipement analogique dans les systèmes de contrôle de l'usine • Ilexistede nombreuxsystèmes E/S directementcompatible avecHART etqui permettentd’accéderauxdonnéesàtousles niveaux • Ilexistedesproduitsqui facilitentl'intégrationdeHART dansles systèmes existants: -Multiplexeurs -Passerelles (HART/Ethernet,HART/Modbus,HART/Profibus,et plus...) -LesInterfacesspécialisés qui permettentnon seulementde convertirvariables 4-20mAen numériques,maisaussidetraiterdesalertesetde diagnostiquerdes appareils • il existeles solutions software(OPCServer)qui permettentfacilementd’accéder auxdonnéesdel'appareilHART,neimporteoù surle réseaudel'usine
  • 13. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 13 Intégration HART :ouverture vers les réseaux existants • Ilexistedespasserellesquifacilitent l'intégrationdeHARTdans unréseau existant: - HART/Ethernet, - HART/Modbus, - HART/Profibus, - HART/FieldbusFoundation, et plus...)
  • 14. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 14 CPXFesto et l’intégration desproduits HART Le CPXpossède 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 pourCPX, car elles sont (seulement) disponibles en tant que valeurs numériques. 2. Idem pour l’application« standard »où chaque appareil HART est connecté àun canal (séparé) d’une passerelle « active » HART/Bus de terrain. L'inconvénient deces configurations: - à cause d’une communication HART très lent (1200 bps) les valeurs de variables« process » dechaque appareil ne seront pas disponibles en vrai "temps réel »
  • 15. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 15 CPXFesto et l’intégration desproduits HART Les appareils HARTsont connectés à CPX (via les entrées analogiques 4-20mA)età une passerelle HART/Bus de terrain(passive): -Via le CPX, les valeurs de mesureanalogiques sont disponibles entemps réel -Configuration/diagnostic del’appareil peut être faite via liaison numériqueHART Mais -Le câblage plus onéreux -Augmentation dela complexité !!!
  • 16. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 16 Bus de Terrain : Réseau HART : Avantages •Equipement intelligent : plus deprécision, plus defonctionnalités •Protocole ouvert : le choix de fournisseurs, multiples passerelles disponibles : HART/Ethernet,HART/Profibus,… •Câblage à 2fils : possibilité d ’utilisation du câblage existant •Transmission analogique et digitale : compatibilité avec des systèmes existants, mise enréseau des capteurs analogiques •Connexions « Multidrop » : économiedu 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 : Interopérabilitégarantie
  • 17. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 17 Busde Terrain : Réseau HART ( suite) • AVANTAGES: – Relativement facile à comprendre et à mettre en service sur le site – Largement répandudans l’Industriedu Process – Utilisateurs et constructeurs groupés en HARTUser Group (70 membres) – Support techniqueassuré par HART CommunicationFoundation – Terminalportable (Pocket) universel – Multiples passerelles vers autres réseaux : HART/Ethernet,HART/Profibus – Wireless HARTest le premier réseau industriel « Radio » normalisé – Donc, HART estle 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/ISASP 50 comme unesolution « réseau standardisé »(avec Ethernetet IO-Link)
  • 18. FORMATION : Bus de Terrain et les Réseaux Industriels P2b : Réseau HART W.GOMOLKA : FESTO France 27/01/2015 18 Fin