2014-2015 計装豆知識
エムエスツデー 2014年10月号
HART7(その1)
HART7の主な機能をHART通信プロトコルに照準を合わせて説明します。
HART通信
HART(Highway Addressable Remote Transducer)通信は、アナログ出力にデジタル信号を重畳して伝送する通信方式で、4〜20mA DC出力伝送器であるフィールド機器の機能向上を目的として、1986年にローズマウント社によって開発されました。
1993年にHART協会(HART Communication Foundation)が設立され、HART技術・仕様の公開、機能向上、教育、試験、認証などの活動を行っています。
ARC Advisory Group*の調査によりますと、2012年の時点で、全世界でのフィールド機器の設置台数は7500万台で、そのうち約50%の3710万台がHART通信対応機器とのことです。さらにフィールド機器の年間増加台数は約250万台で、そのうち95%がHART通信対応機器とのことです。したがってフィールド機器については、今やHART通信は必須の機能になっています。
HART通信とその仕組みについては、『エムエスツデー』誌1998年11月号および12月号の「計装豆知識」で解説していますのでご参照ください。
今回はHART通信プロトコルに照準を合わせて解説します。
HART通信方式
マスタ/スレーブ方式
HART通信方式は、マスタ(DCS、PLC、Handheld Communicator)がスレーブ・デバイス(フィールド機器その他)に対して要求メッセージを送信し、スレーブ・デバイスが応答メッセージを返信するという、非常にシンプルな通信方式です。HART通信では、PrimaryとSecondaryの2つのマスタをサポートします。たとえば、制御システム(PLC)をPrimaryマスタ、Handheld CommunicatorをSecondaryマスタにします。
Burst Message(バースト・メッセージ)
マスタからの要求メッセージがなくても、指定された条件(周期、状態変化)が成立したときに、スレーブは自動的に指定された応答メッセージを発信します。このメッセージをBurst Messageといいます。Burst Messageの成立条件と応答メッセージは、マスタが設定します。
HART通信コマンド
アプリケーション層のHART通信には、3種類のコマンドがあります。ユニバーサル・コマンド、コモンプラクティス・コマンド、機器固有のコマンドです。これらそれぞれの適用範囲と機能を表1に示します。
HART通信プロトコルの仕様は、Revision 5がベースになっていましたが、大幅に機能アップしたRevision 6が2001年に開発され、発表されました。HART通信対応機器は順調に市場に受け入れられていましたが、プラントに設置されているHART機器のうち実に85%が、HART通信による有用な機能(診断など)を利用してはいないことが明らかになりました。そのため、ワイヤレス技術を利用して上記の85%のHART機器の未利用HART情報を上位側に容易に取り込むことができるようにするため、「Wireless HART通信プロトコル」が2007年に開発され、発表されました。これがすなわちRevision 7(HART7)です。
HART7通信プロトコル仕様の最大の特長は、以前のバージョンとの下位互換性が保証されていることにあります。
コマンド種類 | 適用範囲 | 機 能 |
---|---|---|
ユニバーサル (Universal) |
全てのデバイスに必須の コマンド |
PV値、4〜20mA DC出力値、 タグ、診断情報 |
コモン プラクティス (Common Practice) |
特定の機能を実現するための
共通のコマンド群。 デバイスで選択可能。 デバイスの種類により必須となる機能がある |
レンジ、キャリブレーション、 多チャネルアナログ出力、 バースト・メッセージ、 ブロックデータ伝送、 I/O System & Sub-Device、Wirelessなど |
機器固有 (Device Specific) |
デバイス固有の機能を実現するコマンド。 仕様はデバイス毎に定める |
機器固有情報、特性、 コンフィギュレーション |
HART通信プロトコルの主な機能
表2に各Revisionにおける機能比較を示します。
主なHART通信プロトコル機能 | Revision | ||
---|---|---|---|
5 | 6 | 7 | |
Short Tag(PACKED ASCII、8文字長) | ![]() |
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Dynamic Variables(PV、SV、TV、QV)with Status | ![]() |
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4〜20mA DC Analog Output | ![]() |
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Diagnosis Information | ![]() |
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Long Tag(32文字) | ![]() |
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Configuration Change Counter | ![]() |
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Extended Device Status | ![]() |
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Device Variables with Status | ![]() |
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Multiple Analog Outputs | ![]() |
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Burst Message | ![]() |
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I/O Systems and Sub-Device | ![]() |
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Block Data Transfer(ブロックデータ転送) | ![]() |
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Condensed Status(NAMUR NE 107) | ![]() |
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Event Notification | ![]() |
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Data Trend | ![]() |
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Synchronized Device Actions | ![]() |
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Read Aggregated Command | ![]() |
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Catch Device Variable | ![]() |
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Wireless | ![]() |
(HART協会の資料をベースにエム・システム技研独自に作成)
次号で引続きHART7の主な機能を説明します。
* ARC Advisory Group:産業界および社会基盤に対する調査/提言を行っているリーダー的会社。
1986年設立。
http://www.arcweb.com/
【(株)エム・システム技研 開発部】