HART protokol: arhitektura, rad i njegove primjene

Trenutno u industrijska automatizacija , koriste se različite vrste pametnih terenskih uređaja, ali nadležnim tijelima ili terenskim inženjerima vrlo je teško nadzirati svaki uređaj unutar industrije. Općenito, ova vrsta nadzora postiže se pametnim uređajima koji omogućuju prijenos podataka između različitih povezanih uređaja unutar i izvan industrije do glavnog nadzornog sustava. Dakle, HART protokol uveden je 1980. godine i nadograđuje se na standarde Bell 202. Ovaj protokol je postao industrijski standard, pa se koristi u industrijskoj automatizaciji. Dakle, ovaj članak govori o pregledu HART protokol – rad s aplikacijama.

Što je HART protokol?

Izraz HART u HART protokolu označava 'Highway Addressable Remote Transducer' koji je protokol otvorenog standarda koji se koristi diljem svijeta za prijenos i primanje digitalnih podataka s analognim ožičenjem između pametnih uređaja i sustavi upravljanja . Ovaj protokol je vrlo popularan, pa se preko 30 milijuna uređaja diljem svijeta napaja HART protokolom. Ovaj se protokol koristi za uspostavljanje komunikacije među glavnim sustavima kao i pametnim terenskim uređajima u industriji.

Protokol HART stekao je veću popularnost zbog svoje sposobnosti da podrži stariji analogni protokol temeljen na 4-20 mA, dok uključuje glavne prednosti digitalnih pametnih instrumenata.
Ovaj protokol opisuje tehnologiju fizičke veze i također naredbe koje koriste različite aplikacije. Hart naredbe su tri vrste Universal, Common Practice & Device Specific.
Naredbe univerzalnog tipa implementirane su kroz sve HART uređaje. Ove naredbe upravljački sklop uglavnom koristi za identifikaciju terenskog uređaja kao i za čitanje procesnih podataka.

Naredbe tipa Common Practice koriste se za opisivanje različitih funkcija koje su obično primjenjive samo na terenske uređaje. Ovi uređaji uključuju naredbe za promjenu raspona, odabir inženjerskih jedinica i izvršavanje samotestiranja.

Tipske naredbe specifične za uređaj nisu iste za svaki uređaj. Ove naredbe izvršavaju jedinstvene funkcije konfiguracije i modifikacije. Dakle, vrlo je značajno napomenuti da kada uređaji različitih proizvođača implementiraju sličnu funkcionalnost izvana. Na primjer, mjerenje diferencijalnog tlaka može uključivati ​​potpuno drugačiji hardver i različite skupove naredbi specifičnih za uređaj.

Arhitektura HART protokola

HART protokol radi u dvije mrežne konfiguracije kao što su točka-točka i više točaka o kojima se govori u nastavku.

Konfiguracija mreže od točke do točke

U konfiguraciji mreže od točke do točke, za komunikaciju jedne procesne varijable koristi se fiksni signal od 4–20 mA, dok se dodatne procesne varijable i parametri dizajna digitalno prenose HART protokolom. Dakle, analogni signal od 4–20 mA ne mijenja se HART signalom i može se koristiti na normalan način. HART komunikacijski digitalni signal daje pravo na unos sekundarnih varijabli i drugi podaci mogu se koristiti za održavanje, puštanje u pogon, operacije i dijagnostičke svrhe.

Multi Drop mrežna konfiguracija

Ova konfiguracija mreže omogućuje povezivanje različitih uređaja s jednim parom žica. Komunikacija unutar ove konfiguracije potpuno je digitalna budući da je komunikacija kroz struju analogne petlje onemogućena jer je struja kroz svaki uređaj fiksirana na minimalnu dovoljnu vrijednost za rad uređaja, obično 4mA.

Kako funkcionira HART komunikacija?

HART komunikacijski protokol koristi standard Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) za preklapanje digitalnih signala koji su predstavljeni s dvije različite frekvencije kao što su 1200 Hz i 2200 Hz. Ovdje frekvencija od 1.200 Hz predstavlja bit 1, dok frekvencija od 2.200 Hz predstavlja bit 0.

Kada se sinusni valovi s ovim frekvencijama postave preko analognih signalnih kabela istosmjerne struje tada dolazi do prijenosa podataka. Dakle, tijekom ovog prijenosa podataka, signal od 4-20 mA nije pogođen zbog standardne vrijednosti signala pomaka frekvencije koja je jednaka nuli. Ovaj protokol podržava istovremeno dva komunikacijska kanala kao što su 4-20 mA analogni signal i digitalni signali.

Analogni signal prenosi primarnu izmjerenu vrijednost sa strujnom petljom od 4-20 mA, dok se dodatni podaci uređaja prenose putem digitalnog signala koji je prekriven analognim signalom.
Digitalni signal uključuje informacije o uređaju kao što su stanje uređaja, dijagnostika, izračunate vrijednosti itd. Dakle, zajedno, dva komunikacijska kanala nude vrlo robusno i jeftino komunikacijsko rješenje koje je vrlo jednostavno za korištenje i konfiguraciju. Ovaj se protokol često naziva hibridnim protokolom jer kombinira analognu i digitalnu komunikaciju.

HART tehnologija se razlikuje kao glavni/podređeni protokol jer podređeni uređaj radi samo kada je na njega povezan glavni uređaj. Ovdje je podređeni uređaj pametni uređaj, a glavni uređaj je računalo.

Načini HART protokola

Općenito, za komunikaciju unutar HART protokola, uređaj koji se koristi unutar mreže je PLC ili distribuirani upravljački sustav koji je odabran kao glavni, dok se drugi terenski uređaji smatraju podređenima poput senzora ili aktuatora. Ali ovdje komunikacija između glavnog i podređenog uglavnom ovisi o načinu komunikacije na koji je sustav postavljen. Mreža HART protokola komunicira u dva načina kao što su master/slave način i burst način.

Glavni/podređeni način rada

Ovaj način je također poznat kao način zahtjeva-odgovora. U ovoj vrsti načina rada podređeni uređaji jednostavno prenose podatke nakon izdavanja zahtjeva s glavnog uređaja. Za svaku HART petlju mogu se spojiti dva mastera. Dakle, primarni master je obično DCS (distribuirani kontrolni sustav), PC (osobno računalo) ili PLC (programabilni logički kontroler), dok je sekundarni master drugo osobno računalo ili ručni terminal. Podređeni uređaji su aktuatori, kontroleri i odašiljači koji reagiraju na naredbe s nadređenih uređaja.

Rafalni način rada

Neki uređaji s omogućenim HART protokolom jednostavno podržavaju ovaj način komunikacije. Ovaj način rada omogućuje bržu komunikaciju poput tri do četiri ažuriranja podataka u svakoj sekundi. Glavni uređaj u ovom načinu rada upućuje podređeni uređaj da kontinuirano šalje tipičnu HART poruku odgovora. Master prima poruku velikom brzinom sve dok ne naredi podređenom da prestane pucati. Ovaj način je primjenjiv tamo gdje je potreban jedan gornji HART uređaj za komunikaciju iz HART petlje.

HART protokol vs Modbus

Razlika između HART protokola i Modbusa uključuje sljedeće.

Prednosti

The prednosti HART protokola uključuju sljedeće.

• Uređaji koji su omogućeni HART protokolom jednostavno omogućuju korisnicima da natjeraju uređaj da koristi najfinije podatke za optimizaciju svojih operativnih sposobnosti.
• Smanjuje vrijeme zastoja zbog kvara opreme prepoznavanjem potencijalnih problema prije nego što se dogode.
• Smanjuje troškove zaliha i održavanja uređaja.
• Smanjuje vrijeme čekanja za prepoznavanje i rješavanje problema.
• Povećava razinu integriteta sigurnosti korištenjem napredne dijagnostike.
• Prednosti odabira HART protokola uglavnom uključuju; digitalna sposobnost, analogna sposobnost, dostupnost i interoperabilnost.
• Ovaj se protokol također može koristiti s različitim uređajima i senzorima.
• Uređaji koji se temelje na HART protokolu široko su prihvaćeni u industriji.
• Ovaj protokol povećava dostupnost sustava, redovitost napretka itd.

Nedostaci

The nedostaci HART protokola uključuju sljedeće.

• Digitalni signal unutar HART prijenosa prilično je spor.
• Za multi-drop raspored, analogni signal nije dostupan i br. uređaja koji mogu razdvojiti dalekovod je ograničen.
• U svakom trenutku može pratiti samo jednu procesnu varijablu.
• Ova vrsta protokola donekle je spora u usporedbi s drugim Fieldbus sustavima kao što su Profibus & Foundation Fieldbus. Dakle, ovo sporo vrijeme odziva uzrokuje neke poteškoće unutar nekih industrijskih aplikacija.
• Općenito, brzina HART protokola dovoljna je za jednostavne sustave nadzora gdje god procesne varijable ne variraju brzo.

Prijave

The primjene HART protokola uključuju sljedeće.

• HART protokol koristi se diljem svijeta za prijenos i primanje digitalnih podataka s analognim ožičenjem između pametnih uređaja i sustava upravljanja.
• Ovo je vrlo popularan protokol koji se koristi u industrijskoj automatizaciji.
• Ovaj protokol je uglavnom za analizu pametnih uređaja.
• Ovo se naširoko koristi u procesnim i instrumentacijskim sustavima.
• Ova vrsta komunikacijskog protokola idealna je za multivarijabilne instrumente koji uključuju mjerače masenog protoka gdje god se volumetrijski protok, maseni protok, gustoća i temperatura mogu prenijeti prema kontrolnom sustavu preko jednog kabela.
• Ovaj je protokol uglavnom dizajniran za korištenje u aplikacijama za kontrolu industrijskih procesa i mjerenje.
• HART protokol se uglavnom koristi u procesnoj industriji za komunikaciju između različitih uređaja.

Dakle, ovo je an rad HART protokola . Ovaj protokol je globalni standard koji se koristi za prijenos i primanje digitalnih podataka preko analognih žica između pametnih terenskih uređaja kao i sustava za nadzor ili kontrolu kao što su DCS i PLC sustavi. Ovaj dvosmjerni komunikacijski protokol jednostavno daje pravo na unos dodatnih podataka između polja i glavnog kontrolera, od ručnog uređaja do sustava za upravljanje imovinom ili kontrolera postrojenja. Evo pitanja: Koji je puni oblik HART protokola?