エムエスツデー　2014年10月号

HART7（その1）

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。

表1　HART通信コマンドの適用範囲と機能

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。

表2　HART通信プロトコルの各Revisionにおける機能比較

主なHART通信プロトコル機能	Revision
	5	6	7
Short Tag（PACKED ASCII、8文字長）
Dynamic Variables（PV、SV、TV、QV）with Status
4〜20mA DC Analog Output
Diagnosis Information
Long Tag（32文字）
Configuration Change Counter
Extended Device Status
Device Variables with Status
Multiple Analog Outputs
Burst Message
I/O Systems and Sub-Device
Block Data Transfer（ブロックデータ転送）
Condensed Status（NAMUR NE 107）
Event Notification
Data Trend
Synchronized Device Actions
Read Aggregated Command
Catch Device Variable
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/