HART-Kommunikation am 4–20-mA-Kreis: Funktion, Fehlersuche

Ein Druckmessumformer auf einem japanischen Skid zeigt im Prozessleitsystem (PLS) den richtigen Wert. Das 4–20-mA-Signal ist stabil und stimmt mit dem Manometer vor Ort überein. Doch sobald Sie ein HART-Handterminal anklemmen, um den Messbereich zu prüfen, meldet es „No device found“.

Der Haken: Ein funktionierender Analogkreis beweist nicht, dass HART durchkommt. Wired HART überlagert dem 4–20-mA-Strom ein kleines digitales Signal. Der Gleichstrom trägt weiterhin den Messwert; über das Digitalsignal kann ein Host Tag, Messbereich und Diagnose lesen und Einstellungen ändern – über dieselben zwei Adern.

Dieser Leitfaden zeigt, wie das Signal auf dem Kreis aufsetzt, warum HART eine Bürde von 250 Ω (oder ähnlich) braucht und wie Sie eine Spannungsbilanz aufstellen. Danach folgt eine geordnete Fehlersuche, am Ende eine Checkliste und Fragen an einen japanischen Lieferanten.

Inhalt

1. Was HART einem 4–20-mA-Kreis hinzufügt
2. Wie FSK auf dem Kreis aufsetzt: 1200 Hz, 2200 Hz und 1200 bit/s
3. Was HART bringt – und was nicht
4. Grenzen von Wired HART
5. Die 250-Ω-Bürde und Ihre Spannungsbilanz
6. Punkt-zu-Punkt und Multidrop
7. HART-Kommunikation funktioniert nicht? Fehlersuche in dieser Reihenfolge
8. Checkliste: Bevor Sie das Handterminal anschließen
9. Fragen an den japanischen Lieferanten
10. Grenzen dieses Leitfadens
11. FAQ
12. Quellen

Was HART einem 4–20-mA-Kreis hinzufügt

HART steht für Highway Addressable Remote Transducer. Die Technik stammt von Rosemount und wurde zu einem offenen Standard, den viele Hersteller nutzen. Heute pflegt die FieldComm Group die Spezifikationen und registriert Geräte.

Wenn Sie „Feldbus“ im weiten Sinn als jede Kommunikation zwischen Feldgeräten und Leitsystem verstehen, zählt auch HART dazu. Anders als rein digitale Systeme wie FOUNDATION Fieldbus (oder PROFIBUS PA) behält HART das Analogsignal bei und fügt die digitale Kommunikation hinzu. Das verändert sowohl die Signalbehandlung als auch den Systemaufbau.

Ein Regler liest den Messwert an einem normalen 4–20-mA-Eingang ohne jede HART-Unterstützung. Für HART brauchen Sie zusätzlich Komponenten, die mit dem Gerät sprechen können:

• Eine HART-fähige E/A-Baugruppe (Analogeingang), ein HART-Modem oder ein Handterminal
• Einen Host für die Instandhaltung, etwa eine Asset-Management-Software
• Passende Gerätebeschreibungsdateien (im Abschnitt zur Fehlersuche erklärt)

Manche Anlagen verwalten Geräteparameter und Gerätestatus im Prozessleitsystem selbst, andere in einem separaten Instandhaltungssystem. Wofür Sie die Informationen nutzen wollen, bestimmt, welche Komponenten Sie brauchen.

HART gehört außerdem zu einer anderen Kategorie als binäre Ein- und Ausgänge (DE/DA). Ein Kontaktsignal kennt nur EIN oder AUS. HART ist dagegen ein Kommunikationsprotokoll, das benannte Größen und Werte zwischen Host und Gerät überträgt.

Abbildung 1 zeigt einen typischen Aufbau mit Draht: ein Zweileiter-Messumformer, eine 24-V-Versorgung und eine Bürde von 250 Ω. Das Handterminal wird parallel angeschlossen, nicht wie ein Strommessgerät in Reihe.

Abbildung 1: Das HART-Handterminal wird an der vorgesehenen Stelle parallel angeschlossen

Beispiel mit Zweileiter-Messumformer und 250-Ω-Bürde. Das Handterminal wird nicht wie ein Strommessgerät in Reihe in den Kreis geschaltet.

Die Polaritätszeichen folgen der dargestellten Stromrichtung. Schutzbeschaltung, Schirmung und Erdung sind nicht dargestellt. Anschlusspunkte und erforderliche Bürde ergeben sich aus der Betriebsanleitung des Geräts und dem Loop-Diagramm.

Das Handterminal sendet Anfragen an das Gerät und liest die Antworten aus dem Signal auf dem Kreis. Statt eines Handterminals können Sie auch einen PC mit HART-Modem oder eine HART-fähige E/A-Baugruppe einsetzen.

Das Grundmuster ist Anfrage und Antwort. Der Host (der „Master“) sendet einen Befehl, das Feldgerät antwortet mit Messwert, Einstellungen oder Status. HART erlaubt zwei Master am Kreis: einen primären, meist das Leitsystem, und einen sekundären, etwa ein Handterminal oder einen Laptop vor Ort.

Wie FSK auf dem Kreis aufsetzt: 1200 Hz, 2200 Hz und 1200 bit/s

Wired HART nutzt Frequenzumtastung (FSK, Frequency Shift Keying) nach Bell 202. Ein Ton mit 1200 Hz steht für eine binäre 1, ein Ton mit 2200 Hz für eine 0. Das Signal ist klein, etwa ±0,5 mA um den Kreisstrom.

Verwechseln Sie die Frequenzen nicht mit der Datenrate. Hz zählt Schwingungen pro Sekunde, bit/s zählt Bits pro Sekunde. Wired HART arbeitet mit 1200 bit/s; einen Geschwindigkeitsbereich „1200–2200 bit/s“ gibt es nicht, auch wenn die Zahlen ähnlich aussehen.

Abbildung 2 trennt die beiden Begriffe: den Gleichstrom-Mittelwert, der den Messwert trägt, und die Tonfrequenzen, die die Daten tragen.

Abbildung 2: Mittlerer Strom und Frequenz des Datensignals

Oben: ein kleines Wechselsignal auf einem beispielhaften Gleichstrom von 12 mA (nicht maßstäblich). Unten: wie viele Perioden jeder Ton im selben 2,5-ms-Fenster durchläuft; das Fenster ist keine Bitdauer.

1200 Hz × 0,0025 s = 3 Perioden; 2200 Hz × 0,0025 s = 5,5 Perioden. Keine der beiden Zahlen ist die Datenrate von 1200 bit/s.

Die Töne mitteln sich zu null und verschieben deshalb den Gleichstromwert nicht; das Analogsignal arbeitet unverändert weiter. Auf der Empfangsseite nehmen getrennte Schaltungen den Gleichanteil für die Messung und die Wechseltöne für die Kommunikation auf.

Prüfen Sie das HART-Lesen und die Umrechnung von Strom in Messwert getrennt. Weicht der Messbereich des Analogeingangs im PLS vom Bereich des Messumformers ab, ist die Anzeige falsch, obwohl der Strom stimmt.

Was HART bringt – und was nicht

Der wichtigste Nutzen: Sie erhalten Geräteinformationen, die der Strom allein nicht transportiert, ohne neue Verkabelung. Mit einem Instandhaltungswerkzeug prüfen Sie Messbereich, Einheit, Tag und Gerätestatus an einer Stelle.

Was Sie lesen können, hängt vom Gerät ab. Ein Temperatursensor mit zwei Messeinsätzen (Doppelelement) hat zum Beispiel zwei Sensorelemente, aber nicht zwingend zwei Stromausgänge.

Welche Variablen und Diagnosen per HART verfügbar sind, hängt von der Eingangskonfiguration des Messumformers und den unterstützten Funktionen ab.

Abbildung 3 vergleicht, was ein reiner 4–20-mA-Eingang liefert und was HART zusätzlich bieten kann.

Abbildung 3: Der Strom trägt den Wert, HART trägt Geräteinformationen

Um zu nutzen, was ein HART-Gerät bereitstellt, muss auch die Hostseite damit umgehen können.

Punkt	Reiner 4–20-mA-Eingang	Beispiele für zusätzliche Informationen über HART
Messwert	Strom, umgerechnet auf den eingestellten Bereich	Digitalwert, Einheit und Status
Geräteidentität	Abgleich mit Zeichnungen, Klemmennummern und Vor-Ort-Beschriftung	Tag, Gerätetyp, Seriennummer und Ähnliches
Messbereich	Einstellungen von Empfänger und Gerät einzeln prüfen	Messanfang und Messende aus dem Gerät lesen
Hinweise für die Instandhaltung	Auffälliger Strom und Prüfung vor Ort	Gerätestatus, weitere Variablen und Diagnose
Was der Empfänger braucht	Einen Analogeingang	Einen kompatiblen Host, einen Kommunikationsweg und Gerätebeschreibungsdateien

Nicht jedes Gerät liefert all das, und nicht in gleicher Form. Das Ergebnis hängt von Modell, Revision und Unterstützung durch den Host ab.

Ordnen Sie bei der Inbetriebnahme jedem Feld-Tag seine Messstelle aus der Planung zu und prüfen Sie Einheiten und Messbereich. Wenn Sie die Einstellungen mit einem HART-Werkzeug auslesen und in eine Liste exportieren, sparen Sie das manuelle Zusammentragen.

Beispiel: Der Strom stimmt, die Anzeige nicht

Ein Messumformer ist auf 0–1 MPa (0–10 bar) mit 4–20 mA Ausgang eingestellt. Bei 0,5 MPa (5 bar) gibt er 12 mA aus. Ist nur der Empfänger auf 0–2 MPa eingestellt, zeigt die Anzeige 1 MPa (10 bar).

Der Strom ist exakt der, den der Messbereich des Messumformers vorgibt. Lesen Sie per HART Messbereich und Digitalwert des Geräts aus und vergleichen Sie sie mit der Skalierung des Empfängers. So grenzen Sie die Ursache der Abweichung ein.

Wenn Sie ein Vor-Ort-Manometer mit Messumformer und Anzeige vergleichen, gleichen Sie nicht nur die Zahlen ab, sondern auch Einheit und Druckbezug (Überdruck oder absolut). Auch die Skala eines Manometers mit Unter- und Überdruckbereich kann helfen, den Bereich zu bestätigen.

Im Betrieb helfen Änderungen des Gerätestatus bei der Entscheidung, welche Geräte Sie zuerst prüfen. Diagnosedaten sind am nützlichsten, wenn Sie sie mit den Prozessbedingungen und anderen Messwerten zusammen bewerten.

Da HART ein offener Standard ist, ist es für den Betrieb mit Geräten verschiedener Hersteller ausgelegt. Das erleichtert auch, bei Anlagen außerhalb Japans die Prüfung von Geräten, Hosts und Beschreibungsdateien zu vereinheitlichen.

Beachten Sie: Das Ändern des Messbereichs eines Messumformers per HART (Re-Ranging) ist keine Kalibrierung. Die Genauigkeit des Sensors wird dadurch nicht geprüft; dazu braucht es weiterhin ein Referenznormal und die Prüfung der Messkette.

Grenzen von Wired HART

Mit 1200 bit/s eignet sich Wired FSK nicht für Bilder oder große Mengen an Kurvendaten. Auch wenn Sie viele Größen von mehreren Geräten nacheinander lesen, summieren sich die Wartezeiten spürbar.

Die Geschwindigkeit ist nicht der einzige Faktor. Jede Anfrage und Antwort enthält mehr als den Messwert; Befehlsart, Abfragezyklus des Hosts und Antwortzeit des Geräts bestimmen den Aktualisierungszyklus mit. Deshalb behält man üblicherweise den 4–20-mA-Pfad für die Regelung und behandelt HART-Daten als getrennte, langsamere Aktualisierung für die Instandhaltung.

Wollen Sie HART-Digitalwerte in der Regelung nutzen, vergleichen Sie die benötigte Aktualisierungsrate mit dem, was das System tatsächlich liefert, und wählen Sie, wie der Host die Daten einliest.

Auch der Signalweg spielt eine Rolle. HART kann auf einem Kreis ausfallen, auf dem der Analogwert einwandfrei ankommt, je nachdem, wie Geräte dazwischen das Wechselsignal behandeln:

• Signalumformer und Trennverstärker
• Ex-i-Barrieren (Zenerbarrieren und Trennschaltverstärker)
• Filter

Prüfen Sie bei einem Trennverstärker nicht nur die 4–20-mA-Genauigkeit, sondern auch, ob er HART in beide Richtungen überträgt. Ein Gerät, das den Gleichstromwert korrekt wiedergibt, lässt das Wechselsignal nicht zwingend durch.

Schließlich braucht der Host für jedes Gerät die passende Unterstützung. Das Lesen des Basismesswerts erfordert weniger als detaillierte Diagnose und Parametrierung; stimmen Sie Software und Gerätebeschreibungsdateien auf die gewünschten Funktionen ab.

Die 250-Ω-Bürde und Ihre Spannungsbilanz

HART braucht einen gewissen Widerstand im Kreis, damit das stromgetriebene Signal des Geräts eine Spannung erzeugt, die der Host erkennen kann. Die HART-Spezifikation verlangt eine Gesamtbürde des Kreises einschließlich Kabelwiderstand von mindestens 230 Ω und höchstens 1100 Ω. Viele Betriebsanleitungen nennen 250 Ω, knapp über dem Minimum.

Die Betriebsanleitung des Geräts nennt die Bürde, die das Gerät für die Kommunikation braucht. Der Widerstand kann bereits im Empfangseingang oder in der Speisung eingebaut sein; ein zusätzlicher ist also nicht immer nötig.

Wenn Sie einen Widerstand ergänzen, ohne einen vorhandenen zu suchen, fügen Sie einen zusätzlichen Spannungsfall hinzu. Klären Sie zuerst, wo die vorhandene Bürde liegt, und gleichen Sie sie dann mit den Kommunikationsanforderungen des Geräts und der Leistungsfähigkeit der Speisung ab.

Abbildung 4 rechnet eine Spannungsbilanz mit angenommenen Werten durch.

Abbildung 4: Spannung an 250 Ω und Restspannung am Messumformer

Die Werte sind Annahmen zur Veranschaulichung: 24 V Versorgung, 250 Ω Bürde, 50 Ω Leitungswiderstand (Hin- und Rückleitung) und 2 V Spannungsfall an einem Zwischengerät.

Spannung an der Bürde

U_R = I × R

0,004 × 250 = 1 V

0,020 × 250 = 5 V

Spannungsfall auf der Leitung bei 20 mA

U_Ltg = I × R_Ltg

0,020 × 50 = 1 V

Restspannung am Messumformer

U_MU = U_V − U_R − U_Ltg − U_Gerät

24 − 5 − 1 − 2 = 16 V

Wenn der Messumformer mindestens 12 V zum Betrieb braucht

16 − 12 = 4 V Reserve

I: Kreisstrom [A]; R: Bürde [Ω]; R_Ltg: Leitungswiderstand, Hin- und Rückleitung [Ω]; U_V: Versorgungsspannung; U_Gerät: Spannungsfall am Zwischengerät; U_MU: Spannung an den Klemmen des Messumformers [V]. Die 2 V Spannungsfall und die 12 V Mindestspannung sind Annahmen, keine Spezifikationen, die für alle Geräte gelten.

Verwenden Sie bei realen Geräten die Mindestspannung der Versorgung, die maximalen Betriebs- und Alarmströme und die Spezifikationen aller Geräte im Kreis. Bürdenanforderung und Spannungsanforderung müssen beide erfüllt sein.

4–20 mA durch 250 Ω ergeben 1–5 V, sodass derselbe Widerstand auch einen analogen Spannungseingang bedient. In japanischen Zeichnungen kann dieser Widerstand als jushin teiko (Empfangswiderstand) bezeichnet sein.

Im Beispiel bleiben bei 20 mA 16 V am Messumformer, also 4 V Reserve gegenüber den angenommenen 12 V Minimum. Bei gleicher Ausrüstung schrumpft diese Reserve, wenn die Versorgungsspannung sinkt oder das Kabel länger wird.

Nutzt das Gerät Alarmströme, rechnen Sie den Spannungsfall mit diesem Strom. Mit denselben Annahmen fallen bei 22 mA an der Bürde 5,5 V und auf der Leitung 1,1 V ab; am Messumformer bleiben 15,4 V.

Die 22 mA gelten nur für dieses Beispiel; Alarmströme unterscheiden sich je nach Gerät. In Europa folgen viele Geräte der NAMUR-Empfehlung NE 43, bei der ein Ausfall mit höchstens 3,6 mA oder mindestens 21 mA gemeldet wird; den tatsächlichen Wert und seine Einstellbarkeit entnehmen Sie dem Datenblatt. Wenn Sie mit dem Maximalstrom des Geräts rechnen, zeigen sich Spannungsdefizite, die im normalen Messbereich nie auftreten.

Der Widerstandswert allein entscheidet nicht über die Kommunikationsqualität. Er beeinflusst sowohl die Spannung am Analogeingang als auch die Impedanz des Kommunikationswegs; Kabel und angeschlossene Geräte müssen daher zum gesamten Kreis passen.

Wie japanische Spezifikationen Bürde und Versorgung angeben

Japanische Datenblätter geben die zulässige Bürde oft als Formel statt als Einzelwert an. Sie heißt kyoyo fuka teiko (zulässiger Lastwiderstand).

Ein Beispiel: Ein HART-fähiger Trennverstärker von MG Co., Ltd. gibt die zulässige Bürde als (Versorgungsspannung − 12 V) ÷ 0,02 A an, einschließlich des Leitungswiderstands. Bei 24 V ergibt das (24 − 12) ÷ 0,02 = 600 Ω. Dasselbe Datenblatt verlangt für die HART-Kommunikation einen Kreiswiderstand von 250 Ω ±10 %.

Auch japanische Eingangsbaugruppen von Leitsystemen können die Bürde bereits enthalten. Ein Datenblatt einer Yokogawa-E/A-Baugruppe nennt für den Zweileiter-Eingang einen Eingangswiderstand von 400 Ω (bei 20 mA) bis 750 Ω (bei 4 mA) und HART-Unterstützung. Lesen Sie die Spezifikation der Baugruppe, bevor Sie einen Widerstand ergänzen.

Punkt-zu-Punkt und Multidrop

In einem typischen Punkt-zu-Punkt-Kreis hängt ein Messumformer an einem Stromkreis und sendet seinen Hauptmesswert als 4–20 mA. Mit HART lesen Sie Digitalwerte und Einstellungen dieses Geräts über dieselben Adern.

Beim Multidrop teilen sich mehrere Geräte ein Adernpaar, und der Host erkennt jedes an seiner Adresse. Sind die Geräte auf festen Strom eingestellt, liest der Host jeden Messwert digital. Der Summenstrom sagt nichts über die einzelnen Werte aus.

Abbildung 5 vergleicht die beiden Konfigurationen.

Abbildung 5: Die Summe der Ströme ergibt nicht die einzelnen Messwerte

Im unteren Beispiel sind die Geräte A, B und C jeweils auf 4 mA festgelegt, der Kreis führt also insgesamt 12 mA. Anzahl der Geräte und Adressbereich hängen von der HART-Revision und den Gerätespezifikationen ab.

Speisung, Kommunikationsschnittstelle und Bürde sind auf der Hostseite zusammengezeichnet. Oben: ein Kreis. Unten: Geräte parallel am selben Adernpaar.

Bei älteren Geräten (HART-Revision 3 bis 5) reichen die Abfrageadressen von 1 bis 15; deshalb nennen viele Quellen eine Grenze von 15 Geräten. HART 6 und 7 erlauben Adressen bis 63, das tatsächliche Maximum hängt aber vom jeweiligen Gerät ab. Abfrageadressen über 15 können auf einem Kreis mit gemischten älteren und neueren Geräten zu Kommunikationsfehlern führen.

Ein vorhandener Analogeingang und ein Multidrop-Netz erfordern unterschiedliche Verdrahtung und Einstellungen. Prüfen Sie neben der Adresse auch den Stromausgangsmodus und entscheiden Sie, auf welchem Weg jeder Wert gelesen wird.

Auch ein Multidrop-Netz mit festem Strom braucht eine geprüfte Speisung. Alle Gerätströme fließen durch die gemeinsame Bürde; bewerten Sie daher Versorgungsspannung und Stromreserve für die gesamte Gerätegruppe.

HART gibt es auch in Varianten mit anderen Übertragungswegen, etwa WirelessHART und HART-IP. Die Frequenzen nach Bell 202 und die Rate von 1200 bit/s gelten nur für Wired HART, nicht für die Funk- oder Ethernet-Bitübertragung.

HART-Kommunikation funktioniert nicht? Fehlersuche in dieser Reihenfolge

Arbeiten Sie sich von Versorgung und Verdrahtung in Richtung Software vor. Jeder Schritt schließt eine Ebene aus, bevor Sie zur nächsten gehen. Bevor Sie einen Klemmenkasten öffnen oder Klemmen berühren, befolgen Sie die Freigabe-, Freischalt- und Ex-Bereichs-Verfahren Ihres Standorts (etwa Erlaubnisschein und Explosionsschutzdokument nach GefStoffV § 6 Abs. 9); dieser Leitfaden ersetzt sie nicht.

1. Versorgung und Analogstrom. Bestätigen Sie, dass das Gerät genug Spannung hat und der 4–20-mA-Ausgang dem Erwarteten entspricht. Verfolgen Sie Versorgung, Bürde, Zwischengeräte und Verdrahtung im Loop-Diagramm und stellen Sie dann die Spannungsbilanz wie in Abbildung 4 auf.
2. Anschlusspunkt und Bürde. Prüfen Sie, wo das Handterminal angeschlossen ist und welche Bürde der Kreis hat, jeweils anhand der Betriebsanleitung des Geräts. Schließen Sie es parallel an der vorgesehenen Stelle an; wenn Sie das Werkzeug wie ein Strommessgerät in Reihe einfügen, verändern Sie die Kreisschaltung.
3. Protokoll. Stellen Sie sicher, dass das Gerät tatsächlich HART nutzt. Bei manchen japanischen Geräten kann es ein anderes Protokoll sein (siehe nächster Abschnitt).
4. Geräte im Signalweg. Prüfen Sie, ob Trennverstärker, Barrieren und Umformer als HART-fähig gekennzeichnet sind und in welche Richtung sie das Signal übertragen. Lässt sich das Gerät auf einer Seite eines Trennverstärkers lesen, auf der anderen aber nicht, schauen Sie auf dessen Übertragungsfunktion und darauf, auf welcher Seite Sie angeschlossen sind.
5. Verdrahtung und Störungen. Suchen Sie nach Wackelkontakten und Verdrahtungsfehlern und prüfen Sie elektrische Störeinflüsse in der Umgebung. Für Schirmung und Erdung gelten die Verdrahtungsvorgaben von Standort und Gerät.
6. Unterstützung durch den Host. Läuft die Kommunikation, einzelne Einstellungen erscheinen aber nicht, prüfen Sie die Gerätebeschreibungsdateien. DD-, DTM- und FDI-Pakete sind an Gerätetyp und Revision gebunden; laden Sie die passenden Dateien auf den Host.
7. Wertevergleich. Vergleichen Sie die per HART gelesene Primärvariable mit dem Signal, das tatsächlich in der Regelung verwendet wird. Wenn Sie Regelwerte und Überwachungs- bzw. Instandhaltungswerte trennen, lässt sich ein Kommunikationsproblem leichter von einem Anzeige- oder Regelungsproblem unterscheiden.

In einer laufenden Anlage kann eine Parameteränderung den Betrieb beeinflussen. Verwalten Sie Lesen und Schreiben getrennt, notieren Sie die Werte vor jeder Änderung und folgen Sie dem Änderungsverfahren (Management of Change) Ihres Standorts.

Japanische Geräte: Erst auf BRAIN prüfen, dann den Kreis verdächtigen

Yokogawa, ein großer japanischer Hersteller von Feldgeräten, nutzt auch ein eigenes digitales Protokoll namens BRAIN. Manche seiner Messumformer gibt es mit demselben Sensorelement in einer BRAIN- und in einer HART-Version; das Protokoll legt der Typenschlüssel (Model Code) fest. Gehen Sie nicht davon aus, dass sich die beiden Protokolle austauschen lassen.

Ein BRAIN-Gerät ist mit einem Standard-HART-Handterminal im Allgemeinen nicht erreichbar; Yokogawa führt sein Handterminal BT200 als Kommunikator für BRAIN-Geräte, die Software FieldMate ist eine weitere Möglichkeit. Klären Sie mit dem Hersteller, welches Werkzeug Ihr Modell braucht. Lesen Sie den vollständigen Typenschlüssel auf dem Typenschild und gleichen Sie ihn mit der Typenschlüssel-Tabelle des Herstellers ab, bevor Sie Widerstände ändern oder umverdrahten.

Japanische Anleitungen können HART- und BRAIN-Version außerdem in getrennten Dokumenten behandeln. Achten Sie darauf, dass die Anleitung, die Sie lesen, zum Protokoll auf dem Typenschild passt.

Japanische Begriffe, die Ihnen begegnen können

Diese Begriffe tauchen in japanischen Loop-Diagrammen, Datenblättern und Anleitungen zu HART-Kreisen auf.

Romaji	Deutsch	Bedeutung
HART tsushin taio	HART-fähig	Gleiche Formulierung bei Trennverstärkern und Barrieren prüfen
jushin teiko	Empfangswiderstand (Bürde)	Meist 250 Ω (ergibt 1–5 V)
fuka teiko	Lastwiderstand	Gesamtbürde im Kreis
kyoyo fuka teiko	zulässige Bürde	Oft als Formel angegeben
rupu-zu	Loop-Diagramm	Stromkreisplan eines Messkreises
toriatsukai setsumeisho	Betriebsanleitung	Maßgeblich für Anschlusspunkte und Bürde
sohoko	bidirektional	Ob ein Trennverstärker HART in beide Richtungen überträgt

Checkliste: Bevor Sie das Handterminal anschließen

Gehen Sie diese Punkte durch, bevor Sie Zeit vor Ort investieren.

• Protokoll des Geräts anhand des vollständigen Typenschlüssels als HART bestätigt (nicht BRAIN oder ein anderes Protokoll)
• HART-Revision des Geräts bekannt und geprüft, ob Host und Handterminal sie unterstützen
• Lage und Wert der vorhandenen Bürde bekannt, auch wenn sie in der Eingangsbaugruppe oder Speisung integriert ist
• Gesamtbürde des Kreises innerhalb der Kommunikationsanforderung des Geräts (Bereich der HART-Spezifikation: 230–1100 Ω)
• Spannung am Messumformer bei Maximalstrom einschließlich Alarmstrom über dessen Mindestbetriebsspannung
• Jeder Trennverstärker, jede Barriere und jeder Umformer im Kreis als HART-fähig gekennzeichnet und in der benötigten Richtung durchlässig
• Anschlusspunkt des Handterminals laut Anleitung festgelegt und parallel angeschlossen
• Nur ein sekundärer Master (Handterminal oder Laptop) gleichzeitig am Kreis
• Abfrageadresse und Stromausgangsmodus (normal 4–20 mA oder fester Strom) geprüft
• Passendes DD-, DTM- oder FDI-Paket für Gerätetyp und Revision auf dem Host
• Skalierung des Empfängers auf Messbereich und Einheiten des Messumformers abgestimmt
• Vorhandene Werte notiert und das Änderungsverfahren des Standorts befolgt, bevor Sie eine Einstellung an einem aktiven Kreis schreiben

Fragen an den japanischen Lieferanten

Fehlen Unterlagen oder sind sie unklar, fragen Sie den Lieferanten direkt. Die folgenden Fragen decken die oben genannten Punkte ab; stellen Sie sie am besten auf Englisch.

1. Welches Protokoll nutzt jeder Messumformer (HART, BRAIN oder ein anderes)? Bitte den vollständigen Typenschlüssel angeben.
2. Welche HART-Revision unterstützt jedes Gerät?
3. Wo liegt der HART-Bürdenwiderstand in jedem Kreis, und welchen Wert hat er? Ist er in die Eingangsbaugruppe oder Speisung integriert?
4. Wie hoch ist die Mindestbetriebsspannung jedes Messumformers, und auf welchen Alarmstrom ist er eingestellt?
5. Sind die Trennverstärker und Barrieren im Schaltschrank HART-fähig, und übertragen sie HART in beide Richtungen?
6. Wo soll ein Handterminal angeschlossen werden? Bitte die Punkte im Loop-Diagramm markieren.
7. Welche DD-, DTM- oder FDI-Dateien werden benötigt, und wo können wir sie herunterladen?
8. Sind Geräte im Multidrop verdrahtet oder auf festen Strom eingestellt?
9. Können Sie die englischen Versionen der Anleitungen und Loop-Diagramme dieser Geräte bereitstellen?

Eine kurze Anfrage nach diesem Muster bringt meist eine klarere Antwort als ein allgemeines „HART funktioniert nicht“:

Subject: HART communication check – [project name], tag [PT-101]

We cannot communicate with transmitter [PT-101] using a HART communicator, although the 4–20 mA signal reads correctly in the DCS. Could you please confirm the following for this loop: (1) the full model code and communication protocol of the transmitter, (2) the location and value of the HART load resistor, (3) whether the isolator [model] relays HART in both directions, and (4) the recommended connection point for a handheld communicator? A marked-up loop diagram would be very helpful.

Grenzen dieses Leitfadens

• Dieser Leitfaden behandelt Wired HART auf 4–20-mA-Kreisen. WirelessHART und HART-IP nutzen andere physikalische Schichten.
• Die Spannungsbilanz in Abbildung 4 verwendet angenommene Werte. Nehmen Sie die tatsächlichen Spezifikationen von Versorgung, Kabel und allen Geräten im Kreis.
• Bürdenanforderungen, Alarmströme, Adressbereiche und unterstützte Funktionen unterscheiden sich je nach Gerät, Revision und Host. Die Betriebsanleitung des Geräts hat Vorrang vor den allgemeinen Angaben hier.
• Für eigensichere Kreise gelten eigene Regeln für Barrieren und angeschlossene Betriebsmittel. Ob ein Handterminal im explosionsgefährdeten Bereich angeschlossen werden darf, entscheiden Zulassungen und Verfahren des Standorts, nicht dieser Leitfaden.
• Das Ändern von Einstellungen in einer laufenden Anlage folgt den eigenen Verfahren des Standorts.
• Bezeichnungen und Angaben japanischer Hersteller (BRAIN, Typenschlüssel, Datenblätter) wurden nur anhand öffentlicher Unterlagen geprüft; der Hersteller bleibt die verbindliche Quelle.

FAQ

Braucht HART ein spezielles Kabel?

Nein. HART ist für vorhandene Zweidraht-Messkreise ausgelegt. Verdrahtung, Bürde und Zwischengeräte müssen dennoch die Kommunikationsanforderungen erfüllen; prüfen Sie daher den gesamten Stromkreis und nicht nur den Kabeltyp.

Funktioniert HART, wenn das 4–20-mA-Signal in Ordnung ist?

Nicht zwingend. Der Gleichstromwert kann korrekt ankommen, während ein Trennverstärker oder ein anderes Gerät das Wechselsignal der Kommunikation sperrt. Prüfen Sie, ob Gerät und Host HART unterstützen, ob Bürde und Spannung innerhalb der Anforderungen liegen und ob jedes Zwischengerät HART in beide Richtungen überträgt.

Muss ich immer einen 250-Ω-Widerstand ergänzen?

Nein. Manche Empfangseingänge und Speisungen enthalten die erforderliche Bürde bereits. Suchen Sie die vorhandene Bürde im Loop-Diagramm und entscheiden Sie dann, ob mehr nötig ist, um die Kommunikationsanforderung des Geräts zu erfüllen, ohne die Spannungsreserve zu verlieren.

Warum weicht der HART-Wert von der Anzeige im PLS ab?

Der digitale HART-Wert und die skalierte 4–20-mA-Anzeige laufen über verschiedene Wege. Vergleichen Sie Variable, Einheit, Bereich und Skalierung des Empfängers und prüfen Sie Schritt für Schritt, wo sich der Wert ändert.

Sind 1200 Hz und 1200 bit/s dasselbe?

Nein. Hz ist die Frequenz der Schwingung, bit/s die Rate, mit der Information gesendet wird. Wired HART nutzt 1200 Hz und 2200 Hz für 1 und 0, und seine Datenrate beträgt 1200 bit/s.

Quellen

• HART-Grundlagen und IIoT: Endress+Hauser, „The essentials of HART communication and the IIoT“ (englisch)
• FSK-Frequenzen, Datenrate, Signal ±0,5 mA, Kreisbürde 230–1100 Ω, zwei Master, Multidrop-Adressen 1–15: SAMSON, „HART-Kommunikation“ (Technische Information L452 DE); englische Fassung: L452 EN
• HART-Revisionen und Abfrageadressen: Wikipedia, „Highway Addressable Remote Transducer Protocol“ (englisch); Endress+Hauser, Betriebsanleitung BA00486C (englisch)
• Überblick HART: Yokogawa, „Was ist HART-Kommunikation?“ (japanisch)
• Eingangswiderstand HART-fähiger E/A-Baugruppen: Yokogawa, GS 33K50F80-50E, I/O Modules with Built-in Barrier (for FIO) (englisch)
• HART-Prinzipien: Emerson, FIELDVUE DVC6200 Instruction Manual (englisch)
• Anschluss eines HART-Parametrierwerkzeugs: Yokogawa, Anleitung digitalYEWFLO (japanisch)
• HART-fähiger Trennverstärker (bidirektionale Übertragung, 250 Ω ±10 %, Formel der zulässigen Bürde): MG Co., Ltd., Produktspezifikation M2DYHR (japanisch)
• BRAIN- und HART-Kommunikatoren: Yokogawa, Device Smart Communicators; Yokogawa, DPharp EJA Series HART Protocol Manual (IM 01C22T01-01EN) (englisch)
• Gerätebeschreibungsdateien: FieldComm Group, „HART EDD/FDI Registration“ (englisch); Yokogawa, FAQ zu FieldMate und DD/DTM (japanisch)
• Ursprung von HART und offener Standard: Emerson, Geschichte der Rosemount-Drucktechnik (englisch)
• Mehrere Sensoreingänge und Primärvariable: Emerson, Rosemount 3144P Reference Manual (englisch)
• Ausfallsignal von Messumformern: NAMUR-Empfehlung NE 43 („Vereinheitlichung des Signalpegels bei Ausfall von digitalen Messumformern“); Geräteeinstellungen laut Datenblatt des Herstellers