HART-protokoll: Arkitektur, arbeid og dens applikasjoner

For tiden i industriell automasjon , forskjellige typer smarte feltenheter brukes, men overvåking av hver enhet er svært vanskelig i bransjen av myndigheter eller feltingeniører. Så generelt oppnås denne typen overvåking med smarte enheter, som tillater dataoverføring mellom forskjellige tilkoblede enheter innenfor og utenfor bransjen til det store overvåkingssystemet. Så HART-protokollen ble introdusert i 1980 og bygger på Bell 202-standardene. Denne protokollen har blitt en industristandard, så brukt i industriell automasjon. Så denne artikkelen diskuterer en oversikt over HART-protokoll – jobbe med applikasjoner.

Hva er HART-protokollen?

Begrepet HART i HART-protokollen står for 'Highway Addressable Remote Transducer' som er en åpen standardprotokoll som brukes over hele verden for å overføre og motta digitale data med analoge ledninger mellom smartenheter og kontrollsystemer . Denne protokollen er veldig populær, så over 30 millioner enheter over hele verden drives med HART-protokollen. Denne protokollen brukes til å etablere kommunikasjon mellom vertssystemer så vel som smarte feltenheter i industrier.

HART-protokollen ble mer populær på grunn av dens evne til å støtte den eldre 4-20 mA-baserte analoge protokollen, samtidig som den inkluderte de store fordelene med digital smart instrumentering.
Denne protokollen beskriver fysisk tilkoblingsteknologi og også kommandoer som brukes av forskjellige applikasjoner. Hart-kommandoer er tre typer Universal, Common Practice og Device Specific.
Kommandoer av universell type implementeres gjennom alle HART-enheter. Disse kommandoene brukes hovedsakelig av en kontroller for å identifisere en feltenhet samt lese prosessdata.

Common Practice-kommandoer brukes til å beskrive forskjellige funksjoner som normalt bare gjelder feltenheter. Disse enhetene inkluderer kommandoer for å endre rekkevidde, velge tekniske enheter og utføre selvtester.

Enhetsspesifikke typekommandoer er ikke de samme for hver enhet. Disse kommandoene utfører unike konfigurasjons- og modifikasjonsfunksjoner. Så det er veldig viktig å merke seg at når enheter fra forskjellige produsenter implementerer lignende funksjonalitet eksternt. For eksempel kan differensialtrykkmåling inkludere forskjellig maskinvare fullstendig og også forskjellige enhetsspesifikke kommandosett.

HART-protokollarkitektur

HART-protokollen opererer i to nettverkskonfigurasjoner som punkt til punkt og multipunkt som diskuteres nedenfor.

Pek til punkt nettverkskonfigurasjon

I punkt-til-punkt-nettverkskonfigurasjonen, for å kommunisere en enkelt prosessvariabel, brukes det faste 4–20 mA-signalet, mens ekstra prosessvariabler og designparametere overføres digitalt med HART-protokollen. Så det analoge 4–20 mA-signalet endres ikke av HART-signalet og kan brukes på en normal måte. Det digitale HART-kommunikasjonssignalet gir adgangsrett til sekundære variabler og andre data kan brukes til vedlikehold, igangkjøring, drift og diagnostiske formål.

Multi Drop nettverkskonfigurasjon

Denne nettverkskonfigurasjonen lar ulike enheter kobles til med ett enkelt par ledninger. Kommunikasjonen i denne konfigurasjonen er fullstendig digital siden kommunikasjon gjennom den analoge sløyfestrømmen er deaktivert ettersom strømmen gjennom hver enhet er fastsatt til en minimumsverdi som er tilstrekkelig for drift av enheten normalt 4mA.

Hvordan fungerer HART-kommunikasjon?

HART-kommunikasjonsprotokollen bruker Bell 202 FSK-standarden (Frequency Shift Keying) for å overlappe digitale signaler som er representert med to forskjellige frekvenser som 1200 Hz og 2200 Hz. Her representerer 1200 Hz frekvens bit 1 mens 2200 Hz frekvens representerer bit 0 tilsvarende.

Når sinusbølger med disse frekvensene plasseres på analoge DC-signalkabler, skjer dataoverføringen. Så, under denne overføringen av data, påvirkes ikke 4-20 mA-signalet på grunn av standardverdien til et frekvensskift-nøkkelsignal som tilsvarer null. Denne protokollen støtter samtidig to kommunikasjonskanaler som 4-20 mA analogt signal og digitale signaler.

Det analoge signalet kommuniserer den primære målte verdien med 4-20mA strømsløyfen, mens tilleggsdataene for enheten kommuniseres gjennom et digitalt signal som legges over det analoge signalet.
Det digitale signalet inkluderer informasjonen til enheten som enhetens tilstand, diagnostikk, beregnede verdier osv. Så sammen tilbyr de to kommunikasjonskanalene en svært robust og rimelig kommunikasjonsløsning som er veldig enkel å bruke og konfigurere. Denne protokollen kalles ofte en hybridprotokoll fordi den kombinerer både analog og digital kommunikasjon.

HART-teknologien er differensiert som en master/slave-protokoll fordi slaveenheten bare fungerer når en masterenhet er koblet til den. Her er slaveenheten en smartenhet, og masterenheten er en datamaskin.

Modi for HART-protokollen

Generelt, for kommunikasjon innenfor HART-protokollen, er enheten som brukes i nettverket PLS eller distribuert kontrollsystem som er valgt som Master, mens andre feltenheter betraktes som slaver som sensorer eller aktuatorer. Men her avhenger kommunikasjonen mellom master og slave hovedsakelig av kommunikasjonsmåten som systemet er innrettet til. HART-protokollnettverk kommuniserer i to moduser som master/slave-modus og burst-modus.

Master/Slave-modus

Denne modusen er også kjent som forespørsel-svar-modus. I denne typen modus overfører slaveenheter ganske enkelt data når en forespørsel fra masterenheten er utstedt. For hver HART-sløyfe kan to mastere kobles til. Så den primære masteren er normalt en DCS (distribuert kontrollsystem), PC (personlig datamaskin) eller PLS (programmerbar logisk kontroller), mens den sekundære masteren er en annen PC eller en håndholdt terminal. Slaveenheter er aktuatorer, kontrollere og sendere som reagerer på kommandoer fra masterenhetene.

Burst-modus

Noen HART-protokollaktiverte enheter støtter ganske enkelt denne kommunikasjonsmodusen. Denne modusen tillater raskere kommunikasjon som tre til fire dataoppdateringer for hvert sekund. Masterenheten i denne modusen instruerer slaveenheten til å sende en typisk HART-svarmelding kontinuerlig. Mesteren får meldingen i høy hastighet til den beordrer slaven til å slutte å briste. Denne modusen gjelder der den ene HART-enheten ovenfor er nødvendig for å kommunisere fra HART-sløyfen.

HART-protokoll vs Modbus

Forskjellen mellom HART-protokollen og Modbus inkluderer følgende.

Fordeler

De fordelene med HART-protokollen Inkluder følgende.

• Enhetene som er aktivert av HART-protokollen lar ganske enkelt brukerne få enheten til å bruke de beste dataene for å optimere sine operasjonelle evner.
• Det reduserer nedetidene på grunn av feil på utstyr ved å gjenkjenne potensielle problemer før de oppstår.
• Det reduserer lagerkostnader og vedlikehold av enheter.
• Det reduserer ventetiden for problemgjenkjenning og problemløsning.
• Det forbedrer sikkerhetsintegritetsnivåene ved å bruke avansert diagnostikk.
• Fordelene ved å velge HART-protokollen inkluderer hovedsakelig; digital kapasitet, analog kapasitet, tilgjengelighet og interoperabilitet.
• Denne protokollen kan også brukes med forskjellige enheter og sensorer.
• HART-protokollbaserte enheter er mye akseptert i industrien.
• Denne protokollen øker systemtilgjengelighet, fremdriftsregularitet osv.

Ulemper

De ulemper med HART-protokollen Inkluder følgende.

• Det digitale signalet i HART-overføringen er ganske tregt.
• For et multi-drop-arrangement er det analoge signalet ikke tilgjengelig og nr. antall enheter som kan dele overføringslinjen er begrenset.
• Den kan kun overvåke én prosessvariabel når som helst.
• Denne typen protokoll er noe treg sammenlignet med andre feltbussystemer som Profibus og Foundation Fieldbus. Så denne langsomme responstiden forårsaker noen vanskeligheter innenfor noen industribaserte applikasjoner.
• Generelt er hastigheten til HART-protokollen tilstrekkelig for enkle overvåkingssystemer der prosessvariablene ikke varierer raskt.

applikasjoner

De applikasjoner av HART-protokollen Inkluder følgende.

• HART-protokollen brukes over hele verden for å overføre og motta digitale data med analoge ledninger mellom smartenheter og kontrollsystemer.
• Dette er en veldig populær protokoll som brukes i industriell automatisering.
• Denne protokollen er hovedsakelig for å analysere smarte enheter.
• Dette er bredt brukt i prosess- og instrumenteringssystemer.
• Denne typen kommunikasjonsprotokoll er ideell for multivariable instrumenter som inkluderer massestrømsmålere der volumetrisk strømning, massestrøm, tetthet og temperatur kan kommuniseres mot kontrollsystemet over en enkelt kabel.
• Denne protokollen er hovedsakelig designet for bruk i industriell prosesskontroll og måleapplikasjoner.
• HART-protokollen brukes hovedsakelig i prosessindustrier for kommunikasjon mellom ulike enheter.

Dermed er dette en drift av HART-protokollen . Denne protokollen er den globale standarden som brukes for overføring og mottak av digitale data over analoge ledninger mellom smarte feltenheter samt overvåkings- eller kontrollsystemer som DCS- og PLS-systemer. Denne toveis kommunikasjonsprotokollen gir rett og slett adgangsrett til tilleggsdata mellom felt- og vertskontrolleren, alt fra en håndholdt enhet til et anleggsstyringssystem eller anleggskontroller. Her er et spørsmål: Hva er den fullstendige formen for HART-protokollen?