Protokol HART: Architektura, práce a její aplikace

V současné době v průmyslová automatizace , používají se různé typy inteligentních polních zařízení, ale monitorování každého zařízení je v tomto odvětví velmi obtížné úřady nebo terénními inženýry. Obecně se tedy tohoto druhu monitorování dosahuje pomocí chytrých zařízení, která umožňují přenos dat mezi různými připojenými zařízeními v průmyslu i mimo něj do hlavního monitorovacího systému. Protokol HART byl zaveden v roce 1980 a staví na standardech Bell 202. Tento protokol se stal průmyslovým standardem, takže se používá v průmyslové automatizaci. Tento článek tedy pojednává o přehledu protokol HART – práce s aplikacemi.

Co je protokol HART?

Termín HART v protokolu HART znamená „Highway Addressable Remote Transducer“, což je otevřený standardní protokol používaný po celém světě pro přenos a příjem digitálních dat s analogovým zapojením mezi chytrými zařízeními a řídicí systémy . Tento protokol je velmi populární, takže více než 30 milionů zařízení po celém světě je napájeno protokolem HART. Tento protokol se používá k navázání komunikace mezi hostitelskými systémy a také inteligentními polními zařízeními v průmyslových odvětvích.

Protokol HART si získal větší oblibu díky své schopnosti podporovat starší analogový protokol založený na 4-20 mA, přičemž zahrnuje hlavní výhody digitální inteligentní instrumentace.
Tento protokol popisuje technologii fyzického připojení a také příkazy používané různými aplikacemi. Hart příkazy jsou tři typy Universal, Common Practice a Device Specific.
Příkazy univerzálního typu jsou implementovány prostřednictvím všech zařízení HART. Tyto příkazy jsou používány hlavně řídicí jednotkou pro identifikaci provozního zařízení a také pro čtení procesních dat.

Příkazy typu Common Practice se používají k popisu různých funkcí, které jsou normálně použitelné pouze pro provozní zařízení. Tato zařízení zahrnují příkazy pro změnu rozsahu, výběr technických jednotek a provádění autotestů.

Typové příkazy specifické pro zařízení nejsou pro každé zařízení stejné. Tyto příkazy provádějí jedinečné konfigurační a modifikační funkce. Je tedy velmi důležité poznamenat, že když zařízení různých výrobců implementují podobné funkce externě. Například měření diferenčního tlaku může zahrnovat úplně jiný hardware a také různé sady příkazů specifické pro zařízení.

Architektura protokolu HART

Protokol HART funguje ve dvou konfiguracích sítě, jako je point-to-point a multi-point, které jsou popsány níže.

Konfigurace sítě Point to Point

V konfiguraci sítě typu point-to-point se pro komunikaci jedné procesní proměnné používá pevný signál 4–20 mA, zatímco další procesní proměnné a konstrukční parametry jsou digitálně přenášeny pomocí protokolu HART. Takže analogový signál 4–20 mA se nemění signálem HART a lze jej použít normálním způsobem. Komunikační digitální signál HART poskytuje právo vstupu do sekundárních proměnných a další data lze využít pro účely údržby, uvádění do provozu, provozu a diagnostiky.

Konfigurace sítě Multi Drop

Tato konfigurace sítě umožňuje připojení různých zařízení pomocí jediného páru vodičů. Komunikace v této konfiguraci je zcela digitální, protože komunikace skrz proud analogové smyčky je deaktivována, protože proud v každém zařízení je pevně nastaven na minimální dostatečnou hodnotu pro provoz zařízení normálně 4 mA.

Jak funguje komunikace HART?

Komunikační protokol HART používá standard Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) k superponování digitálních signálů, které jsou reprezentovány dvěma různými frekvencemi, jako je 1 200 Hz a 2 200 Hz. Zde frekvence 1 200 Hz představuje bit 1, zatímco frekvence 2 200 Hz představuje odpovídajícím způsobem bit 0.

Když se sinusové vlny s těmito frekvencemi umístí na stejnosměrné analogové signálové kabely, dojde k přenosu dat. Takže během tohoto přenosu dat není signál 4-20 mA ovlivněn v důsledku standardní hodnoty klíčovacího signálu s frekvenčním posunem ekvivalentní nule. Tento protokol podporuje současně dva komunikační kanály, jako je analogový signál 4-20 mA a digitální signály.

Analogový signál komunikuje primární měřenou hodnotu s proudovou smyčkou 4-20 mA, zatímco další data zařízení jsou komunikována prostřednictvím digitálního signálu, který je překryt analogovým signálem.
Digitální signál obsahuje informace o zařízení, jako je stav zařízení, diagnostika, vypočítané hodnoty atd. Oba komunikační kanály tedy společně nabízejí velmi robustní a levné komunikační řešení, které se velmi jednoduše používá a konfiguruje. Tento protokol se často nazývá hybridní protokol, protože kombinuje analogovou i digitální komunikaci.

Technologie HART se odlišuje jako master/slave protokol, protože slave zařízení funguje pouze tehdy, když je k němu připojeno master zařízení. Zde je podřízené zařízení chytré zařízení a hlavní zařízení je počítač.

Režimy protokolu HART

Obecně platí, že pro komunikaci v rámci protokolu HART je zařízením používaným v síti PLC nebo distribuovaný řídicí systém, který je vybrán jako Master, zatímco ostatní provozní zařízení jsou považována za podřízená, jako jsou senzory nebo akční členy. Ale zde komunikace mezi master a slave závisí hlavně na způsobu komunikace, pro který je systém uspořádán. Síť protokolu HART komunikuje ve dvou režimech, jako je režim master/slave a režim burst.

Režim Master/Slave

Tento režim je také známý jako režim požadavek-odpověď. V tomto typu režimu podřízená zařízení jednoduše přenášejí data, jakmile je vydán požadavek od hlavního zařízení. Pro každou smyčku HART lze připojit dva mastery. Primární master je tedy normálně DCS (distribuovaný řídicí systém), PC (osobní počítač) nebo PLC (programovatelný logický kontrolér), zatímco sekundární master je jiný PC nebo ruční terminál. Slave zařízení jsou akční členy, ovladače a vysílače, které reagují na příkazy z nadřízených zařízení.

Burst režim

Některá zařízení s protokolem HART tento komunikační režim jednoduše podporují. Tento režim umožňuje rychlejší komunikaci, jako jsou tři až čtyři aktualizace dat za každou sekundu. Hlavní zařízení v tomto režimu dává pokyn podřízenému zařízení, aby nepřetržitě vysílalo typickou odpověď HART. Master dostává zprávu vysokou rychlostí, dokud nenařídí podřízenému, aby přestal praskat. Tento režim je použitelný tam, kde je nutné jedno výše uvedené zařízení HART pro komunikaci z HART smyčky.

Protokol HART versus Modbus

Rozdíl mezi protokolem HART a Modbus zahrnuje následující.

Výhody

The výhody protokolu HART zahrnout následující.

• Zařízení, která jsou povolena protokolem HART, jednoduše umožňují uživatelům, aby zařízení využívalo nejjemnější data pro optimalizaci jejich provozních schopností.
• Zkracuje prostoje kvůli selhání zařízení tím, že rozpozná potenciální problémy dříve, než nastanou.
• Snižuje náklady na zásoby a údržbu zařízení.
• Zkracuje dobu čekání na rozpoznání a vyřešení problému.
• Zvyšuje úrovně integrity bezpečnosti pomocí pokročilé diagnostiky.
• Mezi výhody volby protokolu HART patří především; digitální schopnost, analogová schopnost, dostupnost a interoperabilita.
• Tento protokol lze také použít s různými zařízeními a senzory.
• Zařízení založená na protokolu HART jsou široce přijímána v průmyslu.
• Tento protokol zvyšuje dostupnost systému, pravidelnost postupu atd.

Nevýhody

The nevýhody HART protokolu zahrnout následující.

• Digitální signál v rámci přenosu HART je poměrně pomalý.
• U uspořádání s více kapkami není analogový signál přístupný a ne. počet zařízení, která mohou rozdělit přenosovou linku, je omezen.
• V každém okamžiku může sledovat pouze jednu procesní proměnnou.
• Tento typ protokolu je poněkud pomalý ve srovnání s jinými systémy Fieldbus, jako je Profibus & Foundation Fieldbus. Tato pomalá doba odezvy tedy způsobuje určité potíže v některých průmyslových aplikacích.
• Obecně platí, že rychlost protokolu HART je dostatečná pro jednoduché monitorovací systémy, kde se procesní proměnné rychle nemění.

Aplikace

The aplikace protokolu HART zahrnout následující.

• Protokol HART se celosvětově používá k přenosu a příjmu digitálních dat s analogovým zapojením mezi chytrými zařízeními a řídicími systémy.
• Jedná se o velmi oblíbený protokol používaný v průmyslové automatizaci.
• Tento protokol je určen hlavně pro analýzu chytrých zařízení.
• To je široce využíváno v procesních a přístrojových systémech.
• Tento typ komunikačního protokolu je ideální pro přístroje s více proměnnými, které zahrnují hmotnostní průtokoměry, kdekoli lze objemový průtok, hmotnostní průtok, hustotu a teplotu sdělovat řídicímu systému přes jediný kabel.
• Tento protokol je určen především pro použití v aplikacích řízení průmyslových procesů a měření.
• Protokol HART se používá hlavně ve zpracovatelském průmyslu pro komunikaci mezi různými zařízeními.

Toto je tedy an provoz protokolu HART . Tento protokol je globálním standardem používaným pro přenos a příjem digitálních dat přes analogové kabely mezi inteligentními polními zařízeními a také monitorovacími nebo řídicími systémy, jako jsou systémy DCS a PLC. Tento obousměrný komunikační protokol jednoduše poskytuje právo na přístup k dalším datům mezi polem a hostitelským řídicím systémem, od ručního zařízení po systém správy majetku nebo řídicí systém závodu. Zde je otázka: Jaká je úplná forma protokolu HART?