Protokol HART: Architektúra, práca a jej aplikácie

V súčasnosti v priemyselná automatizácia , používajú sa rôzne typy inteligentných poľných zariadení, ale monitorovanie každého zariadenia je v tomto odvetví veľmi náročné úradmi alebo terénnymi inžiniermi. Vo všeobecnosti sa tento druh monitorovania dosahuje pomocou inteligentných zariadení, ktoré umožňujú prenos údajov medzi rôznymi pripojenými zariadeniami v rámci odvetvia a mimo neho do hlavného monitorovacieho systému. Protokol HART bol predstavený v roku 1980 a stavia na štandardoch Bell 202. Tento protokol sa stal priemyselným štandardom, takže sa používa v priemyselnej automatizácii. Tento článok teda pojednáva o prehľade Protokol HART - práca s aplikáciami.

Čo je protokol HART?

Pojem HART v protokole HART znamená „Highway Addressable Remote Transducer“, čo je otvorený štandardný protokol, ktorý sa celosvetovo používa na prenos a príjem digitálnych dát pomocou analógového zapojenia medzi inteligentnými zariadeniami a riadiacich systémov . Tento protokol je veľmi populárny, takže viac ako 30 miliónov zariadení na celom svete používa protokol HART. Tento protokol sa používa na nadviazanie komunikácie medzi hostiteľskými systémami, ako aj inteligentnými poľnými zariadeniami v priemysle.

Protokol HART získal väčšiu popularitu vďaka svojej schopnosti podporovať starší analógový protokol založený na 4-20 mA, pričom zahŕňa hlavné výhody digitálnej inteligentnej inštrumentácie.
Tento protokol popisuje technológiu fyzického pripojenia a tiež príkazy používané rôznymi aplikáciami. Príkazy Hart sú tri typy Universal, Common Practice a Device Specific.
Príkazy univerzálneho typu sú implementované prostredníctvom všetkých zariadení HART. Tieto príkazy používa hlavne kontrolér na identifikáciu prevádzkového zariadenia, ako aj na čítanie procesných dát.

Príkazy typu Common Practice sa používajú na popis rôznych funkcií, ktoré sú normálne použiteľné len pre zariadenia v teréne. Tieto zariadenia obsahujú príkazy na zmenu rozsahu, výber technických jednotiek a vykonanie autotestov.

Typové príkazy špecifické pre zariadenie nie sú rovnaké pre každé zariadenie. Tieto príkazy vykonávajú jedinečné funkcie konfigurácie a úpravy. Je teda veľmi dôležité poznamenať, že keď zariadenia od rôznych výrobcov implementujú podobnú funkčnosť externe. Napríklad meranie rozdielu tlaku môže zahŕňať úplne odlišný hardvér a tiež rôzne sady príkazov špecifických pre zariadenie.

Architektúra protokolu HART

Protokol HART funguje v dvoch konfiguráciách siete, ako je bod po bode a viacbodový, ktoré sú popísané nižšie.

Konfigurácia siete Point to Point

V konfigurácii siete point-to-point sa na komunikáciu jednej procesnej premennej využíva fixný signál 4–20 mA, zatiaľ čo ďalšie procesné premenné a konštrukčné parametre sa digitálne prenášajú pomocou protokolu HART. Takže analógový signál 4–20 mA sa nemení signálom HART a možno ho použiť normálnym spôsobom. Digitálny komunikačný signál HART poskytuje právo na vstup do sekundárnych premenných a ďalšie údaje možno využiť na účely údržby, uvádzania do prevádzky, prevádzky a diagnostiky.

Konfigurácia siete Multi Drop

Táto konfigurácia siete umožňuje pripojenie rôznych zariadení pomocou jedného páru vodičov. Komunikácia v rámci tejto konfigurácie je úplne digitálna, pretože komunikácia cez prúd analógovej slučky je zakázaná, pretože prúd v každom zariadení je pevne stanovený na minimálnej hodnote dostatočnej na prevádzku zariadenia normálne 4 mA.

Ako funguje komunikácia HART?

Komunikačný protokol HART používa štandard Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) na superponovanie digitálnych signálov, ktoré sú reprezentované dvoma rôznymi frekvenciami, ako je 1 200 Hz a 2 200 Hz. V tomto prípade frekvencia 1 200 Hz predstavuje bit 1, zatiaľ čo frekvencia 2 200 Hz predstavuje zodpovedajúcim spôsobom bit 0.

Keď sa sínusové vlny s týmito frekvenciami umiestnia na analógové signálové káble DC, dôjde k prenosu údajov. Takže počas tohto prenosu dát nie je ovplyvnený signál 4-20 mA v dôsledku štandardnej hodnoty kľúčovacieho signálu s frekvenčným posunom ekvivalentnej nule. Tento protokol podporuje súčasne dva komunikačné kanály, ako je analógový signál 4-20 mA a digitálne signály.

Analógový signál komunikuje primárnu nameranú hodnotu s prúdovou slučkou 4-20 mA, zatiaľ čo ďalšie údaje zariadenia sú prenášané prostredníctvom digitálneho signálu, ktorý je prekrytý analógovým signálom.
Digitálny signál obsahuje informácie o zariadení, ako je stav zariadenia, diagnostika, vypočítané hodnoty atď. Tieto dva komunikačné kanály teda spoločne ponúkajú veľmi robustné a lacné komunikačné riešenie, ktoré sa veľmi jednoducho používa a konfiguruje. Tento protokol sa často nazýva hybridný protokol, pretože kombinuje analógovú aj digitálnu komunikáciu.

Technológia HART sa odlišuje od protokolu master/slave, pretože podriadené zariadenie funguje len vtedy, keď je k nemu pripojené nadradené zariadenie. Tu je podriadené zariadenie inteligentné zariadenie a hlavné zariadenie je počítač.

Režimy protokolu HART

Vo všeobecnosti platí, že na komunikáciu v rámci protokolu HART je zariadením používaným v sieti PLC alebo distribuovaný riadiaci systém, ktorý je vybraný ako Master, zatiaľ čo ostatné prevádzkové zariadenia sa považujú za podriadené, ako sú senzory alebo akčné členy. Ale tu komunikácia medzi master a slave závisí hlavne od spôsobu komunikácie, na ktorý je systém usporiadaný. Sieť protokolu HART komunikuje v dvoch režimoch, ako je režim master/slave a režim burst.

Režim Master/Slave

Tento režim je známy aj ako režim žiadosť-odpoveď. V tomto type režimu podriadené zariadenia jednoducho prenášajú dáta, akonáhle je vydaná požiadavka od hlavného zariadenia. Pre každú slučku HART možno pripojiť dva mastery. Takže primárny master je zvyčajne DCS (distribuovaný riadiaci systém), PC (osobný počítač) alebo PLC (programovateľný logický radič), zatiaľ čo sekundárny master je iný počítač alebo ručný terminál. Slave zariadenia sú akčné členy, ovládače a vysielače, ktoré reagujú na príkazy z nadradených zariadení.

Burst Mode

Niektoré zariadenia s protokolom HART jednoducho podporujú tento komunikačný režim. Tento režim umožňuje rýchlejšiu komunikáciu, napríklad tri až štyri aktualizácie údajov za sekundu. Hlavné zariadenie v tomto režime dáva pokyn podriadenému zariadeniu, aby nepretržite vysielalo typickú odpoveď HART. Master dostane správu vysokou rýchlosťou, kým neprikáže podriadenému, aby prestal praskať. Tento režim je použiteľný tam, kde je potrebné vyššie uvedené zariadenie HART na komunikáciu z HART slučky.

Protokol HART vs Modbus

Rozdiel medzi protokolom HART a Modbus zahŕňa nasledovné.

Výhody

The výhody protokolu HART zahŕňajú nasledujúce.

• Zariadenia, ktoré sú aktivované protokolom HART, jednoducho umožňujú používateľom, aby zariadenie využívalo tie najkvalitnejšie údaje na optimalizáciu ich prevádzkových schopností.
• Znižuje prestoje v dôsledku zlyhania zariadenia tým, že rozpozná potenciálne problémy skôr, ako k nim dôjde.
• Znižuje náklady na zásoby a údržbu zariadení.
• Skracuje čakacie doby na rozpoznanie a vyriešenie problému.
• Zvyšuje úroveň integrity bezpečnosti pomocou pokročilej diagnostiky.
• Medzi výhody voľby protokolu HART patrí najmä; digitálna schopnosť, analógová schopnosť, dostupnosť a interoperabilita.
• Tento protokol je možné použiť aj s rôznymi zariadeniami a senzormi.
• Zariadenia založené na protokole HART sú široko akceptované v priemysle.
• Tento protokol zvyšuje dostupnosť systému, pravidelnosť postupu atď.

Nevýhody

The nevýhody HART protokolu zahŕňajú nasledujúce.

• Digitálny signál v rámci prenosu HART je pomerne pomalý.
• V prípade usporiadania s viacerými kvapkami nie je analógový signál prístupný a č. počet zariadení, ktoré môžu rozdeliť prenosovú linku, je obmedzený.
• Môže kedykoľvek monitorovať iba jednu procesnú premennú.
• Tento typ protokolu je trochu pomalý v porovnaní s inými systémami Fieldbus, ako je Profibus & Foundation Fieldbus. Takže tento pomalý čas odozvy spôsobuje určité ťažkosti v niektorých priemyselných aplikáciách.
• Vo všeobecnosti je rýchlosť protokolu HART dostatočná pre jednoduché monitorovacie systémy, kde sa procesné premenné rýchlo nemenia.

Aplikácie

The aplikácie protokolu HART zahŕňajú nasledujúce.

• Protokol HART sa celosvetovo používa na prenos a príjem digitálnych údajov pomocou analógového zapojenia medzi inteligentnými zariadeniami a riadiacimi systémami.
• Ide o veľmi populárny protokol používaný v priemyselnej automatizácii.
• Tento protokol slúži hlavne na analýzu inteligentných zariadení.
• Toto je široko používané v procesných a prístrojových systémoch.
• Tento typ komunikačného protokolu je ideálny pre prístroje s viacerými premennými, ktoré zahŕňajú hmotnostné prietokomery všade tam, kde možno objemový prietok, hmotnostný prietok, hustotu a teplotu komunikovať smerom k riadiacemu systému cez jediný kábel.
• Tento protokol je určený hlavne na použitie v aplikáciách riadenia priemyselných procesov a meraní.
• Protokol HART sa používa hlavne v spracovateľskom priemysle na komunikáciu medzi rôznymi zariadeniami.

Toto je teda an fungovanie protokolu HART . Tento protokol je globálny štandard používaný na prenos a príjem digitálnych údajov cez analógové káble medzi inteligentnými poľnými zariadeniami, ako aj monitorovacími alebo riadiacimi systémami, ako sú systémy DCS a PLC. Tento obojsmerný komunikačný protokol jednoducho poskytuje právo na prístup k dodatočným údajom medzi poľným a hostiteľským kontrolérom, od ručného zariadenia po systém správy majetku alebo kontrolér závodu. Tu je otázka: Aká je úplná forma protokolu HART?