HART-protokolla: Arkkitehtuuri, työskentely ja sen sovellukset

Tällä hetkellä sisään teollisuusautomaatio , käytetään erilaisia ​​älykkäitä kenttälaitteita, mutta jokaisen laitteen valvonta on alalla erittäin vaikeaa viranomaisten tai kenttäinsinöörien toimesta. Yleisesti siis tällainen valvonta saavutetaan älylaitteilla, jotka mahdollistavat tiedonsiirron eri kytkettyjen laitteiden välillä alan sisällä ja ulkopuolella isoon valvontajärjestelmään. Joten HART-protokolla otettiin käyttöön vuonna 1980 ja se perustuu Bell 202 -standardeihin. Tästä protokollasta on tullut alan standardi, joten sitä käytetään teollisuusautomaatiossa. Joten tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta HART-protokolla – sovellusten parissa työskenteleminen.

Mikä on HART-protokolla?

Termi HART HART-protokollassa tarkoittaa 'Highway Addressable Remote Transducer' -protokollaa, joka on avoin standardiprotokolla, jota käytetään maailmanlaajuisesti digitaalisen datan lähettämiseen ja vastaanottamiseen analogisilla johdotuksilla älylaitteiden ja älylaitteiden välillä. ohjausjärjestelmät . Tämä protokolla on erittäin suosittu, joten yli 30 miljoonassa laitteessa eri puolilla maailmaa käytetään HART-protokollaa. Tätä protokollaa käytetään viestinnän luomiseen isäntäjärjestelmien sekä teollisuuden älykkäiden kenttälaitteiden välillä.

HART-protokollan suosio kasvaa, koska se pystyi tukemaan vanhempaa 4-20 mA:n analogista protokollaa ja sisälsi samalla digitaalisen älykkään instrumentoinnin tärkeimmät edut.
Tämä protokolla kuvaa fyysistä yhteystekniikkaa ja myös eri sovellusten käyttämiä komentoja. Hart-komentoja on kolmen tyyppisiä Universal, Common Practice & Device Specific.
Universal-tyyppiset komennot toteutetaan kaikkien HART-laitteiden kautta. Näitä komentoja käyttää pääasiassa ohjain kenttälaitteen tunnistamiseen sekä prosessitietojen lukemiseen.

Common Practice -tyyppisiä komentoja käytetään kuvaamaan erilaisia ​​toimintoja, jotka yleensä koskevat vain kenttälaitteita. Nämä laitteet sisältävät komennot alueen muuttamiseen, suunnitteluyksiköiden valitsemiseen ja itsetestien suorittamiseen.

Laitekohtaiset komennot eivät ole samoja kaikille laitteille. Nämä komennot suorittavat ainutlaatuisia konfigurointi- ja muokkaustoimintoja. On siis erittäin tärkeää huomata, että kun eri valmistajien laitteet toteuttavat samanlaisia ​​toimintoja ulkoisesti. Esimerkiksi paine-eron mittaus voi sisältää erilaisia ​​laitteistoja kokonaan ja myös erilaisia ​​laitekohtaisia ​​komentosarjoja.

HART-protokollaarkkitehtuuri

HART-protokolla toimii kahdessa verkkokokoonpanossa, kuten pisteestä pisteeseen ja monipisteeseen, joita käsitellään alla.

Point to Point -verkkoasetukset

Point-to-point-verkkokonfiguraatiossa yhden prosessimuuttujan kommunikointiin käytetään kiinteää 4–20 mA signaalia, kun taas ylimääräiset prosessimuuttujat ja suunnitteluparametrit siirretään digitaalisesti HART-protokollalla. Joten HART-signaali ei muuta 4–20 mA:n analogista signaalia ja sitä voidaan käyttää normaalisti. Digitaalinen HART-viestintäsignaali antaa oikeuden päästä toissijaisiin muuttujiin ja muita tietoja voidaan käyttää huolto-, käyttöönotto-, käyttö- ja diagnostiikkatarkoituksiin.

Multi Drop Network Configuration

Tämä verkkokokoonpano mahdollistaa eri laitteiden kytkemisen yhdellä johtoparilla. Viestintä tässä kokoonpanossa on täysin digitaalista, koska tiedonsiirto analogisen silmukan virran läpi on estetty, koska virta jokaisessa laitteessa on kiinteä vähimmäisarvo, joka riittää laitteen toimintaan, normaalisti 4 mA.

Miten HART-viestintä toimii?

HART-tiedonsiirtoprotokolla käyttää Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) -standardia päällekkäin digitaalisten signaalien kanssa, jotka esitetään kahdella eri taajuudella, kuten 1 200 Hz ja 2 200 Hz. Tässä 1200 Hz:n taajuus edustaa bittiä 1, kun taas 2200 Hz:n taajuus edustaa vastaavasti bittiä 0.

Kun siniaaltoja näillä taajuuksilla sijoitetaan DC-analogisten signaalikaapeleiden päälle, tiedonsiirto tapahtuu. Joten tämän tiedonsiirron aikana 4-20 mA signaali ei vaikuta nollaa vastaavan taajuudensiirtoavainnussignaalin standardiarvoon. Tämä protokolla tukee kerralla kahta viestintäkanavaa, kuten 4-20 mA analogista signaalia ja digitaalisia signaaleja.

Analoginen signaali välittää ensisijaisen mitatun arvon 4-20 mA virtasilmukan kanssa, kun taas lisälaitetiedot välitetään digitaalisen signaalin kautta, joka on peitetty analogisen signaalin päällä.
Digitaalinen signaali sisältää laitteen tiedot, kuten laitteen kunnon, diagnostiikkatiedot, lasketut arvot jne. Joten yhdessä nämä kaksi viestintäkanavaa tarjoavat erittäin vankan ja edullisen viestintäratkaisun, jota on erittäin helppo käyttää ja konfiguroida. Tätä protokollaa kutsutaan usein hybridiprotokollaksi, koska se yhdistää sekä analogisen että digitaalisen viestinnän.

HART-tekniikka erotetaan isäntä/orja-protokollana, koska orjalaite toimii vain, kun isäntälaite on kytketty siihen. Tässä orjalaite on älylaite ja päälaite on tietokone.

HART-protokollan tilat

Yleensä HART-protokollan sisäisessä tiedonsiirrossa verkon sisällä käytettävä laite on PLC tai hajautettu ohjausjärjestelmä, joka valitaan isäntälaitteeksi, kun taas muut kenttälaitteet katsotaan orjiksi, kuten antureiksi tai toimilaitteiksi. Mutta tässä viestintä isäntä- ja orjalaitteen välillä riippuu pääasiassa viestintätavasta, johon järjestelmä on järjestetty. HART-protokollaverkko kommunikoi kahdessa tilassa, kuten master/slave-tilassa ja pursketilassa.

Isäntä/orjatila

Tämä tila tunnetaan myös pyyntö-vastaustilana. Tämän tyyppisessä tilassa orjalaitteet yksinkertaisesti lähettävät dataa, kun isäntälaitteelta on lähetetty pyyntö. Jokaiselle HART-silmukalle voidaan kytkeä kaksi isäntälaitetta. Joten ensisijainen isäntä on yleensä DCS (hajautettu ohjausjärjestelmä), PC (henkilökohtainen tietokone) tai PLC (ohjelmoitava logiikkaohjain), kun taas toissijainen isäntä on toinen PC tai kämmenpääte. Orjalaitteet ovat toimilaitteita, ohjaimia ja lähettimiä, jotka reagoivat isäntälaitteiden komentoihin.

Sarjakuvaustila

Jotkut HART-protokollaa tukevat laitteet yksinkertaisesti tukevat tätä viestintätilaa. Tämä tila mahdollistaa nopeamman viestinnän, kuten kolmesta neljään datapäivitystä sekunnissa. Päälaite tässä tilassa ohjaa orjalaitetta lähettämään tyypillisen HART-vastausviestin jatkuvasti. Isäntä saa viestin suurella nopeudella, kunnes se käskee orjaa lopettamaan purkauksen. Tämä tila on sovellettavissa silloin, kun edellä mainittu yksi HART-laite on välttämätön kommunikoidakseen HART-silmukasta.

HART-protokolla Vs Modbus

Ero HART-protokollan ja Modbusin välillä sisältää seuraavat asiat.

Edut

The HART-protokollan edut Sisällytä seuraavat.

• HART-protokollan sallimat laitteet antavat käyttäjien yksinkertaisesti saada laitteen käyttämään hienointa dataa toimintakykynsä optimointiin.
• Se vähentää laitevioista johtuvia seisokkeja tunnistamalla mahdolliset ongelmat ennen kuin ne tapahtuvat.
• Se vähentää laitteiden varastokustannuksia ja huoltoa.
• Se lyhentää odotusaikoja ongelmien tunnistamiseen ja ratkaisemiseen.
• Se parantaa turvallisuuden eheyttä käyttämällä kehittynyttä diagnostiikkaa.
• HART-protokollan valinnan etuja ovat pääasiassa: digitaalinen kyky, analoginen ominaisuus, saatavuus ja yhteentoimivuus.
• Tätä protokollaa voidaan hyödyntää myös eri laitteiden ja antureiden kanssa.
• HART-protokollapohjaiset laitteet ovat laajalti hyväksyttyjä teollisuudessa.
• Tämä protokolla lisää järjestelmän saatavuutta, edistymisen säännöllisyyttä jne.

Haitat

The HART-protokollan haittoja Sisällytä seuraavat.

• Digitaalinen signaali HART-lähetyksessä on melko hidasta.
• Multi-drop-järjestelyssä analoginen signaali ei ole käytettävissä ja no. laitteita, jotka voivat jakaa siirtojohdon, on rajoitettu.
• Se voi seurata vain yhtä prosessimuuttujaa milloin tahansa.
• Tämän tyyppinen protokolla on hieman hidas verrattuna muihin Fieldbus-järjestelmiin, kuten Profibus & Foundation Fieldbus. Joten tämä hidas vasteaika aiheuttaa vaikeuksia joissakin teollisissa sovelluksissa.
• Yleensä HART-protokollan nopeus riittää yksinkertaisiin valvontajärjestelmiin, joissa prosessimuuttujat eivät vaihtele nopeasti.

Sovellukset

The HART-protokollan sovelluksia Sisällytä seuraavat.

• HART-protokollaa käytetään maailmanlaajuisesti digitaalisen tiedon lähettämiseen ja vastaanottamiseen analogisilla johdotuksilla älylaitteiden ja ohjausjärjestelmien välillä.
• Tämä on erittäin suosittu teollisuusautomaatiossa käytetty protokolla.
• Tämä protokolla on tarkoitettu pääasiassa älylaitteiden analysointiin.
• Tätä käytetään laajasti prosessi- ja instrumentointijärjestelmissä.
• Tämän tyyppinen tiedonsiirtoprotokolla on ihanteellinen monimuuttuville laitteille, jotka sisältävät massavirtamittarit, missä tilavuusvirta, massavirta, tiheys ja lämpötila voidaan välittää ohjausjärjestelmään yhden kaapelin kautta.
• Tämä protokolla on suunniteltu pääasiassa käytettäväksi teollisissa prosessien ohjaus- ja mittaussovelluksissa.
• HART-protokollaa käytetään pääasiassa prosessiteollisuudessa tiedonsiirtoon eri laitteiden välillä.

Näin ollen tämä on an HART-protokollan toimintaa . Tämä protokolla on maailmanlaajuinen standardi, jota käytetään digitaalisen tiedon lähettämiseen ja vastaanottamiseen analogisten johtojen kautta älykkäiden kenttälaitteiden välillä sekä valvonta- tai ohjausjärjestelmissä, kuten DCS- ja PLC-järjestelmissä. Tämä kaksisuuntainen tiedonsiirtoprotokolla tarjoaa yksinkertaisesti oikeuden päästä lisätietoihin kentän ja isäntäohjaimen välillä kämmenlaitteesta omaisuudenhallintajärjestelmään tai laitoksen ohjaimeen. Tässä on kysymys: Mikä on HART-protokollan täydellinen muoto?