3 Согласование сигналов датчиков и вторичных приборов. Стандартный токовый сигнал.

Первычные измерительные приборы (температуры, давления, веса, сопротивления, влажности, расхода и т.д.) реализуют тот или иной физический эффект. Поэтому, первичный выходной сигнал от них может быть, в принципе, любым. То, что мы называем в повседневной жизни "датчиком со стандартным сигналом выхода" на самом деле состоит из первичного измерительного прибора и преобразователя первичного сигнала в стандартный токовый сигнал или стандартный сигнал напряжения.

Почему самым популяным стал входной-выходной аналоговый сигнал 4-20 мА? Потому, что обрыв в цепи с сигналом 0-20 мА обнаружить нельзя, так как ток, равный нулю - допустим, а 0 в токовой петле 4-20 мА однозначно свидетельстует об обрыве.

Легко догадаться, что токовый сигнал выдается генератором тока, а аналоговый - генератором напряжения. Ни тот ни другой не являются и не могут быть бесконечно устойчивыми, поэтому, на цепи этих сигналов накладываются некоторые ограничения. Две таблички ниже дают сводную информацию по самым популярным сигналам, а подробные требования к цепям для таковых сигналов и к самим сигналам смотри в ГОСТ 26.011-80.

Таблица 1. Требования к цепям аналоговых сигналов напряжения постоянного тока. Аналоговые сигналы напряжения.

Сигнал напряжения, В	Нагрузочное сопротивление, Ом, не более	Входное  сопротивление приемника Oм, не менее
От 0 до 0, 01 включит	–	10000
От 0 до 1 включит.	–	10000
От 0 до 10 включит.	2000	–

Таблица 2. Требования к цепям аналоговых сигналов постоянного тока . Аналоговые токовые сигналы. Аналоговые токовые петли. Постоянный ток.

Сигнал тока, мА	Выходное сопротивление источника, Ом, не менее	Входное  сопротивление приемника Oм, не более
От 0 до 5 включит	2500 (2000)	500
От 0 до 20 включит.	1000 (500)	250
От 4 до 20 включит.	1000 (500)	250

Подробные требования к цепям для таковых сигналов и к сигналам в ГОСТ "Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные".

4 Согласование сигналов датчиков и вторичных приборов. Hart-протокол.

Обмен данными между системой управления и интеллектуальными первичными датчиками легко осуществляется с помощью стандартного коммуникационного протокола HART (Адресуемый Дистанционный Магистральный Преобразователь). Протокол является «открытым» и доступен для всех производителей приборов и систем управления, желающих его использовать.

Интеллектуальные первичные устройства с HART-протоколом позволяют аналоговым и цифровым сигналам сосуществовать в одной и той же паре проводов, не портя аналоговый сигнал.

Чтобы эффективно применять дополнительные возможности цифровой связи для широкого диапазона различных первичных устройств, требуется коммуникационный стандарт. Этот стандарт должен содержать характеристики физической формы передачи, процедуры транзакции, структуру сообщения, формат данных, а также набор команд для выполнения требуемых функций.

HART протокол первоначально был разработан компанией Rasemount Inc. Для распространения цифровой связи компания сделала HART протокол открытым для любого желающего его использовать. В настоящее время протокол поддерживается независимым некоммерческим Фондом HART Коммуникаций.

HART протокол использует стандарт BELL 202 кодировки сигнала методом частотного сдвига (FSK) для обмена данными на скорости 1200 Бод; сигнал накладывается на аналоговый измерительный сигнал 4-20 мА, на нижнем уровне.

Каждое сообщение содержит адреса источника и назначении, а также имеет контрольную сумму для обнаружения любого искажения сообщения.

HART протокол построен по принципу главный-подчиненный. это означает, что первичное устройство только отвечает на запросы. Но может оказаться двое главных (например, система управления и ручной коммуникатор). К одной линии моноканала можно подсоединить до 15 подчиненных устройств. Состояние первичного устройства передается по мере того, как каждую секунду выполняются 2-3 транзакции ответного сообщения.