Protocol HART: Arhitectură, lucru și aplicațiile sale

În prezent în automatizare industriala , sunt utilizate diferite tipuri de dispozitive inteligente de câmp, dar monitorizarea fiecărui dispozitiv este foarte dificilă în industrie de către autorități sau inginerii de teren. Deci, în general, acest tip de monitorizare se realizează cu dispozitive inteligente, care permit transferul de date între diferite dispozitive conectate din interiorul și din exteriorul industriei către sistemul major de monitorizare. Deci, protocolul HART a fost introdus în 1980 și se bazează pe standardele Bell 202. Acest protocol a devenit un standard industrial, deci folosit în automatizarea industrială. Deci, acest articol discută o privire de ansamblu asupra protocol HART – lucrul cu aplicații.

Ce este protocolul HART?

Termenul HART în protocolul HART înseamnă „Highway Addressable Remote Transducer” care este un protocol standard deschis utilizat în întreaga lume pentru a transmite și a primi date digitale cu cablare analogică între dispozitive inteligente și sistem de control . Acest protocol este foarte popular, astfel încât peste 30 de milioane de dispozitive din întreaga lume sunt alimentate cu protocolul HART. Acest protocol este utilizat pentru a stabili comunicarea între sistemele gazdă, precum și dispozitivele de câmp inteligente din industrii.

Protocolul HART a câștigat mai multă popularitate datorită capacității sale de a suporta protocolul analog mai vechi bazat pe 4-20 mA, incluzând în același timp avantajele majore ale instrumentării digitale inteligente.
Acest protocol descrie tehnologia de conectare fizică și, de asemenea, comenzile utilizate de diferite aplicații. Comenzile Hart sunt de trei tipuri: Universal, Common Practice și Device Specific.
Comenzile de tip universal sunt implementate prin toate dispozitivele HART. Aceste comenzi sunt utilizate în principal de un controler pentru identificarea unui dispozitiv de teren, precum și pentru citirea datelor de proces.

Comenzile de tip Common Practice sunt folosite pentru a descrie diferite funcții care sunt în mod normal aplicabile numai dispozitivelor de teren. Aceste dispozitive includ comenzi pentru modificarea intervalului, alegerea unităților de inginerie și executarea autotestelor.

Comenzile de tip specifice dispozitivului nu sunt aceleași pentru fiecare dispozitiv. Aceste comenzi execută funcții unice de configurare și modificare. Deci, este foarte important să rețineți că atunci când dispozitivele de la diverși producători implementează funcționalități similare în exterior. De exemplu, măsurarea presiunii diferențiale poate include complet hardware diferit și, de asemenea, diferite seturi de comenzi specifice dispozitivului.

Arhitectura protocolului HART

Protocolul HART operează în două configurații de rețea, cum ar fi punct la punct și multi-punct, care sunt discutate mai jos.

Configurarea rețelei punct la punct

În configurația de rețea punct la punct, pentru comunicarea unei singure variabile de proces, se utilizează semnalul fix de 4–20 mA, în timp ce variabilele de proces suplimentare și parametrii de proiectare sunt transmise digital cu protocolul HART. Deci, semnalul analogic 4–20 mA nu este modificat de semnalul HART și poate fi utilizat într-un mod normal. Semnalul digital de comunicare HART oferă dreptul de intrare la variabile secundare și alte date pot fi utilizate pentru întreținere, punere în funcțiune, operațiuni și scopuri de diagnosticare.

Configurație de rețea Multi Drop

Această configurație de rețea permite conectarea diferitelor dispozitive cu o singură pereche de fire. Comunicarea în această configurație este complet digitală, deoarece comunicarea în întregul curent al buclei analogice este dezactivată deoarece curentul în fiecare dispozitiv este fixat la o valoare minimă suficientă pentru funcționarea dispozitivului în mod normal 4mA.

Cum funcționează comunicarea HART?

Protocolul de comunicație HART utilizează standardul Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) pentru a suprapune semnale digitale care sunt reprezentate cu două frecvențe diferite, cum ar fi 1.200 Hz și 2.200 Hz. Aici, frecvența de 1.200 Hz reprezintă bitul 1, în timp ce frecvența de 2.200 Hz reprezintă bitul 0 în mod corespunzător.

Când undele sinusoidale cu aceste frecvențe sunt plasate pe cablurile de semnal analogic DC, atunci are loc transferul de date. Deci, în timpul acestui transfer de date, semnalul de 4-20 mA nu este afectat din cauza valorii standard a unui semnal de schimbare a frecvenței echivalent cu zero. Acest protocol acceptă simultan două canale de comunicație, cum ar fi semnal analogic 4-20 mA și semnale digitale.

Semnalul analogic comunică valoarea măsurată primară cu bucla de curent de 4-20mA, în timp ce datele suplimentare ale dispozitivului sunt comunicate printr-un semnal digital care este suprapus pe semnalul analogic.
Semnalul digital include informații despre dispozitiv, cum ar fi starea dispozitivului, diagnosticare, valori calculate, etc. Astfel, împreună, cele două canale de comunicare oferă o soluție de comunicare foarte robustă și ieftină, care este foarte simplu de utilizat și configurat. Acest protocol este adesea numit protocol hibrid deoarece combină atât comunicația analogică, cât și cea digitală.

Tehnologia HART este diferențiată ca un protocol master/slave deoarece dispozitivul slave funcționează numai odată ce un dispozitiv master este conectat la el. Aici, dispozitivul slave este un dispozitiv inteligent, iar dispozitivul principal este un computer.

Moduri ale protocolului HART

În general, pentru comunicarea în cadrul protocolului HART, dispozitivul utilizat în rețea este un PLC sau un sistem de control distribuit, care este ales ca Master, în timp ce alte dispozitive de teren sunt considerate sclave, cum ar fi senzorii sau actuatorii. Dar aici comunicarea dintre master și slave depinde în principal de modul de comunicare la care este aranjat sistemul. Rețeaua cu protocol HART comunică în două moduri, cum ar fi modul master/slave și modul burst.

Modul Master/Sclav

Acest mod este cunoscut și sub numele de modul cerere-răspuns. În acest tip de mod, dispozitivele slave pur și simplu transmit date odată ce este emisă o solicitare de la dispozitivul Master. Pentru fiecare buclă HART, se pot conecta două master. Deci, masterul primar este în mod normal un DCS (sistem de control distribuit), un PC (computer personal) sau un PLC (controler logic programabil), în timp ce masterul secundar este un alt PC sau un terminal portabil. Dispozitivele slave sunt actuatoare, controlere și transmițătoare care reacționează la comenzile de la dispozitivele master.

Foc continuu

Unele dispozitive activate cu protocol HART acceptă pur și simplu acest mod de comunicare. Acest mod permite o comunicare mai rapidă, cum ar fi trei până la patru actualizări de date pentru fiecare secundă. Dispozitivul master în acest mod instruiește dispozitivul slave să transmită continuu un mesaj de răspuns tipic HART. Stăpânul primește mesajul cu viteză mare până când îi ordonă sclavului să nu mai spargă. Acest mod este aplicabil acolo unde dispozitivul HART de mai sus este necesar pentru a comunica din bucla HART.

Protocol HART vs Modbus

Diferența dintre protocolul HART și Modbus include următoarele.

Avantaje

The avantajele protocolului HART includ următoarele.

• Dispozitivele care sunt activate de protocolul HART permit pur și simplu utilizatorilor să facă dispozitivul să folosească cele mai bune date pentru optimizarea abilităților operaționale.
• Reduce timpii de nefuncționare din cauza defecțiunii echipamentelor prin recunoașterea potențialelor probleme înainte ca acestea să apară.
• Reduce costurile de inventar și întreținerea dispozitivelor.
• Reduce timpii de așteptare pentru recunoașterea și rezolvarea problemelor.
• Îmbunătățește nivelul de integritate a siguranței utilizând diagnostice avansate.
• Beneficiile alegerii protocolului HART includ în principal; capacitate digitală, capacitate analogică, disponibilitate și interoperabilitate.
• Acest protocol poate fi utilizat și cu diferite dispozitive și senzori.
• Dispozitivele bazate pe protocol HART sunt acceptate pe scară largă în industrii.
• Acest protocol crește disponibilitatea sistemului, regularitatea progresului etc.

Dezavantaje

The dezavantajele protocolului HART includ următoarele.

• Semnalul digital din transmisia HART este destul de lent.
• Pentru un aranjament multi-drop, semnalul analogic nu este accesibil și nr. de dispozitive care pot diviza linia de transmisie este restricționată.
• Poate monitoriza o singură variabilă de proces în orice moment.
• Acest tip de protocol este oarecum lent în comparație cu alte sisteme Fieldbus, cum ar fi Profibus și Foundation Fieldbus. Deci, acest timp de răspuns lent provoacă unele dificultăți în cadrul unor aplicații industriale.
• În general, viteza protocolului HART este suficientă pentru sistemele de monitorizare simple oriunde variabilele procesului nu variază rapid.

Aplicații

The aplicații ale protocolului HART includ următoarele.

• Protocolul HART este utilizat în întreaga lume pentru a transmite și a primi date digitale cu cablare analogică între dispozitivele inteligente și sistemele de control.
• Acesta este un protocol foarte popular utilizat în automatizarea industrială.
• Acest protocol este în principal pentru analiza dispozitivelor inteligente.
• Acesta este utilizat pe scară largă în sistemele de proces și instrumente.
• Acest tip de protocol de comunicare este ideal pentru instrumentele multivariabile care includ debitmetre de masă, oriunde debitul volumetric, debitul de masă, densitatea și temperatura pot fi comunicate către sistemul de control printr-un singur cablu.
• Acest protocol este conceput în principal pentru a fi utilizat în aplicațiile de control și măsurare a proceselor industriale.
• Protocolul HART este utilizat în principal în industriile de proces pentru comunicarea între diferite dispozitive.

Astfel, acesta este un funcţionarea protocolului HART . Acest protocol este standardul global utilizat pentru transmiterea și primirea datelor digitale prin fire analogice între dispozitivele de câmp inteligente, precum și sistemele de monitorizare sau control, cum ar fi sistemele DCS și PLC. Acest protocol de comunicare bidirecțională oferă pur și simplu dreptul de intrare la date suplimentare între câmp și controlerul gazdă, de la un dispozitiv portabil până la un sistem de management al activelor sau un controler al fabricii. Iată o întrebare: Care este forma completă a protocolului HART?