Modem HART ~ Communication avec des instruments de mesure sous protocole HART.
Un modem HART est une interface de modulation / démodulation utilisée en instrumentation pour échanger des données entre un terminal et un instrument de mesure dans le respect du protocole HART.
Ce modem peut être embarqué, ce qui est le cas pour bon nombre d' instruments de mesure, de terminaux mobiles et de systèmes d' acquisition.
Le modem HART peut aussi être externe, car de nombreux logiciels d' instrumentation utilisés pour configurer, calibrer ou établir le diagnostic d' un capteur de mesures (le logiciel Pactware par exemple) utilisent encore souvent un port de communication série pour communiquer avec le transmetteur, ce qui est aussi le cas de beaucoup d' automates programmables connectés à ces instruments de mesure.
Un modem HART peut donc être très utile à un automaticien pour configurer un appareil ou établir un diagnostic par le biais d' une connexion locale ou d' une connexion distante avec le capteur de mesure.
Le principe de base de la transmissions de données sous le protocole HART consiste à moduler le signal analogique de la mesure dans la boucle de courant 4-20 mA avec le signal des données numériques transmises (configuration, paramétrage, calibration, diagnostic, données de service), ce qui permet de n' utiliser qu' un seul support pour transmettre les deux signaux.
Les données numériques échangées avec un transmetteur HART sont modulées en fréquence :
L' amplitude du signal numérique est de 1 milliampère environ (± 0,5 mA autour de la composante du signal de mesure analogique).
Les paramètres de transfert des données sont imposés par la technologie et spécifiés en standard par le protocole :
Un périphérique informatique (automate programmable, ordinateur, terminal mobile) qui souhaite dialoguer avec un instrument de mesures selon le protocole HART devra utiliser les services d' un MODEM HART embarqué ou externe, pour pouvoir moduler et démoduler le signal de données.
Du terminal vers le capteur, le modem HART module en fréquence sur la boucle de courant les données reçues de son interface de communication.
Du capteur vers le terminal, le modem HART démodule le signal qui transite sur la boucle de courant et transmet les données au terminal via son port de communication.
Pour établir une liaison locale entre un ordinateur et un instrument en utilisant une liaison série avec un modem HART externe par exemple, il suffit de connecter le port du modem directement sur un port de l' ordinateur.
Les modems HART sont disponibles avec une grande variété d' interfaces : port RS 232, port USB, Wireless HART, BlueTooth etc ... Toutefois pour ce qui nous concerne, il existe encore beaucoup d' automates programmables industriels et d' instruments de mesure qui ne communiquent qu' à travers un port série RS232.
Les capteurs de mesure ne sont pas toujours immédiatement accessibles à un automaticien, à un instrumentiste ou bien même à un exploitant. Le technicien qui assure la maintenance de l' instrument peut se trouver à des centaines ou à des milliers de kilomètres du transmetteur, et la possibilité de se connecter à distance peut lui apporter un gain de temps appréciable.
Une solution est d' utiliser la technique des ports de communication virtuels. Ceci consiste à installer un gestionnaire de port de communication série virtuel client (par exemple le logiciel eVcom) sur la machine qui exécute le logiciel d' instrumentation.
Le gestionnaire émule tous les signaux matériels et logiciels du port série de la machine utilisé par le programme de configuration et de diagnostic pour se connecter au capteur.
En utisant le protocole TELNET, le pilote du port de communication redirige ces signaux sur le réseau Ethernet vers le serveur de port de communication virtuel affecté d' une adresse IP.
Le serveur de port de communication virtuel peut être un automate programmable, un routeur ou un switch ethernet qui propose cette fonction.
Le serveur utilisera les information reçues via le réseau ethernet pour reconstruire les signaux matériels et logiciels de son port série connecté au modem HART, qui modulera les données de la requête en fréquence sur la boucle de courant 4-20 mA du capteur.
Ensuite, le capteur traite les données de la requête et renvoie au client la réponse qui transitera par le chemin inverse.
Cette technologie est compatible avec tous les media qui supportent le protocole Ethernet : réseaux câblés (cuivre, optique), réseaux sans fils (wifi, bluetooth, modem radio), réseaux mobiles (GPRS, 3G) etc ...
Pour lire et écrire les données transmises sur la boucle de courant 4-20 mA, le modem HART utilise en interne un convertisseur analogique-numérique (CAN) qui fonctionne en tension.
Il convient donc de convertir le courant de la boucle 4-20 mA en tension pour la lecture du signal en provenance du transmetteur, et l' inverse pour générer le signal à destination du capteur de mesure.
Pour ce faire, les spécifications standards du protocole HART pour ce qui concerne le câblage imposent de placer une résistance en série (de 230 Ω à 1100 Ω) dans la boucle de courant du capteur de mesure.
Il est nécessaire de connaître la résistance de la liaison 4-20 mA (qui dépend des caractéristiques du câble employé, de sa longueur qui peut dépasser les 1000 mètres, et de la topologie du réseau qui peut être une connexion en monopoint ou en multipoints) pour pouvoir ajuster la valeur de la résistance de mesure du modem HART.
À noter que dans certains cas particulier, la valeur de la résistance de mesure peut être inférieure à la valeur minimum indiquée dans les spécifications standard pour conserver une bonne qualité de communication entre le modem HART et le transmetteur de mesures.
Dernière mise à jour le 10 Octobre 2010.
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