Doppelte Datenleitung

Kommunikation - Das Transferprotokoll HART ermöglicht die parallele Übertragung von analogen und digitalen Daten auf zweidrahtigen Leitungen. Zum Aufbau genügen schmale Speisetrenner im Schaltschrank.

24. August 2005

Nicht immer erfordert die Verwendung von kommunikationsfähigen Feldgeräten den Einsatz eines Feldbusses: Speziell in prozeßtechnischen Anwendungen lassen sich die Vorteile einer solchen Lösung auch mit Hilfe des schon im Jahr 1989 in der Industrie eingeführten HART-Protokolls nutzen. Dieses Kommunikationsprotokoll ermöglicht bei Anlagen in konventioneller 4-20-mA-Technik eine kontinuierliche Diagnostik in Echtzeit sowie die gleichzeitige digitale Zwei-Wege-Kommunikation mit unterschiedlichen Feldgeräten, und zwar auch in explosionsgefährdeter Umgebung. Die Feldgeräte müssen lediglich über einen Mikroprozessor verfügen. Zur Bedienung der Geräte dienen wahlweise eine Engineering-Konsole in der Leitstation oder ein sekundäres Gerät für die Bedienung vor Ort, wie etwa ein Laptop oder Handterminal. Geschaffen wurde dieser Standard von der Anwendervereinigung HART Communication Foundation (HCF) seit 1990. Diese unabhängige Non-Profit-Organisation ist Inhaber und Normungsorgan der HART Standards. Die HCF bietet den Anwendern des HART-Protokolls eine weltweite Unterstützung und stellt außerdem sicher, daß die Technologie frei verfügbar bleibt.

Dieser »HART-Feldbus« nutzt zwei getrennte Kommunikationskanäle: Zur schnellen Übertragung von Prozeßvariablen an eine Steuerung dient die analoge Stromschleife mit 4 bis 20 Milliampere, die die Kompatibilität mit den bereits installierten Geräten gewährleistet. Darüber hinaus bietet die analoge Schnittstelle einen zusätzlichen Mechanismus zur Sicherheit, da schwere Gerätefehler durch Unterschreiten des Nullpunkts oder durch Überschreiten des Vollausschlags zuverlässig erkannt werden.

Parallel dazu überträgt der bidirektionale digitale Kanal des HART-Protokolls auf derselben Leitung die Informationen, ohne dabei das analoge Signal zu beeinflussen. Möglich macht dies eine Frequenzmodulation der Daten mit Hilfe eines FSK-Modems, die auf das Analogsignal aufmoduliert werden. Insgesamt stehen den Feldgeräten damit rund 35 bis 40 Datenfelder zur Verfügung, vom Gerätestatus und der Geräte-Identifikation über verschiedene Prozeßvariablen bis zu Kalibrier- und Sensorinformationen.

Zum Speisen von Zwei-Leiter-Sensoren dienen beispielsweise die Speisetrenner der Baureihe MAS RPSH des Detmolder Industrieelektronikspezialisten Weidmüller. Die kompakten Module versorgen den Sensor mit Hilfsenergie und übertragen zugleich das Meßsignal galvanisch getrennt zum Ausgang. Besondere Kennzeichen der Module sind ihr lediglich 6,1 Millimeter breites geschlossenes Gehäuse sowie die präzise Drei-Wege-Trennung. Kalibrierte DIP-Schalter an der Gehäuseseite ermöglichen die Umschaltung der Meßbereiche, um die Module variabel auf verschiedene Applikationen einzustellen, ohne einen zusätzlichen Feinabgleich vornehmen zu müssen. Sämtliche wichtigen Informationen für Einstellung und Montage der Module sind anwenderfreundlich auf der Deckplatte aufgedruckt. Neben dem Analogsignal übertragen die Speisetrenner auch Datenprotokolle für intelligente Meßwandler, auch Smart Transmitter genannt. Eine Drei-Wege-Trennung der Analogsignale unterbindet Erd- und Masseschleifen, schützt vor Spannungsspitzen und erhöht damit die Prozeßsicherheit. Die Module in Schraub-(Zugbügel-) Anschlußtechnik erlauben den Anschluß von flexiblen Leitern mit einem Nennquerschnitt von 0,5 bis 2,5 Quadratmillimeter sowie starre Leiter bis 1,5 Quadratmillimeter Querschnitt. Die maximale Isolationsspannung von 2,5 Kilovolt bietet effektiven Schutz vor Störspannungsimpulsen. Die steckbare Verbindung mit einem Standardquerverbinder ermöglicht ein drahtloses Brücken der Versorgungsspannung von einem Modul zum anderen und reduziert damit die Verdrahtungszeiten. Dabei ist die Querverbindung von oben sichtbar, so daß sie sich im Fehlerfall jederzeit problemlos neu verlegen lassen, auch wenn die Module angeschlossen sind. Durch die geringe Verlustleistung der Module erwärmt sich der Schaltschrank nicht zusätzlich. Das Gehäuse besteht aus dem Spezial-Thermoplast Wemid der gegenüber Polyamid PA 66 eine erhöhte Dauergebrauchstemperatur von 120 °C bei gleichzeitig verbesserter Brandresistenz aufweist. Eine Vielzahl von Gehäuseformen und Anschlußvarianten ermöglicht einen vielseitigen Einsatz und zuverlässigen Betrieb. Die Frontseite bietet ausreichend Platz für die Betriebsmittelkennzeichnung mit einem Standardmarker, beispielsweise aus dem Weidmüller-Sortiment, um die montierten Module problemlos zu identifizieren. Die flexibel einsetzbaren Module bieten eine maßgeschneiderte Funktionalität ohne Überdimensionierung und er möglichen eine Vielzahl von Applikationen.

Horst Kalla, Weidmüller

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2005