HART Protokoll: Építészet, működés és alkalmazásai

Jelenleg ben ipari automatizálás , különböző típusú intelligens terepi eszközöket használnak, de az iparágon belül minden eszközt nagyon nehéz ellenőrizni a hatóságok vagy a terepi mérnökök számára. Általában tehát ezt a fajta monitorozást intelligens eszközökkel valósítják meg, amelyek lehetővé teszik az adatátvitelt a különböző csatlakoztatott eszközök között az iparágon belül és kívül a fő felügyeleti rendszer felé. Tehát a HART protokollt 1980-ban vezették be, és a Bell 202 szabványokra épül. Ez a protokoll ipari szabvány lett, ezért használják az ipari automatizálásban. Tehát ez a cikk áttekintést nyújt a HART protokoll – alkalmazásokkal való munka.

Mi az a HART protokoll?

A HART kifejezés a HART protokollban a „Highway Addressable Remote Transducer” (Highway Addressable Remote Transducer) rövidítése, amely egy nyílt szabványú protokoll, amelyet világszerte használnak digitális adatok átvitelére és fogadására analóg vezetékekkel az okoseszközök és vezérlőrendszerek . Ez a protokoll nagyon népszerű, így a világon több mint 30 millió eszköz működik a HART protokollal. Ezt a protokollt a gazdarendszerek, valamint az ipari intelligens terepi eszközök közötti kommunikáció létrehozására használják.

A HART protokoll egyre népszerűbb lett, mivel képes támogatni a régebbi, 4-20 mA alapú analóg protokollt, miközben magában foglalja a digitális intelligens műszerezés fő előnyeit.
Ez a protokoll leírja a fizikai csatlakozási technológiát, valamint a különböző alkalmazások által használt parancsokat. A Hart parancsok három típusú univerzális, általános gyakorlat és eszközspecifikus.
Az univerzális típusú parancsok az összes HART eszközön keresztül valósulnak meg. Ezeket a parancsokat főként egy vezérlő használja a terepi eszköz azonosítására, valamint a folyamatadatok olvasására.

A Common Practice típusú parancsok különböző funkciók leírására szolgálnak, amelyek általában csak terepi eszközökre alkalmazhatók. Ezek az eszközök parancsokat tartalmaznak a tartomány megváltoztatásához, a mérnöki egységek kiválasztásához és az öntesztek végrehajtásához.

Az eszközspecifikus típusú parancsok nem minden eszköznél azonosak. Ezek a parancsok egyedi konfigurációs és módosítási funkciókat hajtanak végre. Tehát nagyon fontos megjegyezni, hogy amikor a különböző gyártók eszközei külsőleg hasonló funkcionalitást valósítanak meg. Például a nyomáskülönbségmérés teljesen különböző hardvert és különböző eszköz-specifikus parancskészleteket is tartalmazhat.

HART protokoll architektúra

A HART protokoll két hálózati konfigurációban működik, például ponttól pontig és több pontig, amelyeket alább tárgyalunk.

Pont-pont hálózati konfiguráció

A pont-pont hálózati konfigurációban egyetlen folyamatváltozó kommunikálására a fix 4-20 mA jelet használják fel, míg a HART protokollal digitálisan továbbítják az extra folyamatváltozókat és a tervezési paramétereket. Tehát a 4–20 mA-es analóg jelet a HART jel nem változtatja meg, és normál módon használható. A HART kommunikációs digitális jel biztosítja a másodlagos változók bevitelének jogát, és egyéb adatok is felhasználhatók karbantartási, üzembe helyezési, üzemeltetési és diagnosztikai célokra.

Multi Drop hálózati konfiguráció

Ez a hálózati konfiguráció lehetővé teszi különböző eszközök csatlakoztatását egyetlen vezetékpárral. A kommunikáció ezen a konfiguráción belül teljesen digitális, mivel a kommunikáció az analóg hurokáramban le van tiltva, mivel az áram minden eszközben az eszköz működéséhez elegendő minimális értéken van rögzítve, általában 4 mA.

Hogyan működik a HART kommunikáció?

A HART kommunikációs protokoll a Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) szabványt használja a digitális jelek egymásra illesztésére, amelyek két különböző frekvenciával, például 1200 Hz és 2200 Hz vannak ábrázolva. Itt az 1200 Hz-es frekvencia az 1. bitet, míg a 2200 Hz-es frekvencia a 0. bitet jelenti.

Amikor az ilyen frekvenciájú szinuszhullámok egyenáramú analóg jelkábelekre kerülnek, akkor megtörténik az adatátvitel. Tehát ezen adatátvitel során a 4-20 mA-es jelet nem befolyásolja a nullával egyenértékű frekvenciaváltó kulcsjel szabványos értéke. Ez a protokoll egyszerre két kommunikációs csatornát támogat, például 4-20 mA analóg jelet és digitális jeleket.

Az analóg jel közli az elsődleges mért értéket a 4-20 mA-es áramhurokkal, míg a kiegészítő eszközadatokat egy digitális jelen keresztül továbbítják, amely az analóg jelre van ráfedve.
A digitális jel tartalmazza az eszköz információit, mint az eszköz állapota, diagnosztika, számított értékek, stb. Így a két kommunikációs csatorna együttesen egy nagyon robusztus és olcsó kommunikációs megoldást kínál, amely nagyon egyszerűen használható és konfigurálható. Ezt a protokollt gyakran hibrid protokollnak nevezik, mivel az analóg és a digitális kommunikációt egyaránt kombinálja.

A HART technológiát master/slave protokollként különböztetjük meg, mivel a szolga eszköz csak akkor működik, ha egy mestereszköz csatlakozik hozzá. Itt a szolga eszköz egy intelligens eszköz, a mester eszköz pedig egy számítógép.

A HART protokoll módozatai

Általánosságban elmondható, hogy a HART protokollon belüli kommunikációhoz a hálózaton belüli eszköz a PLC vagy az elosztott vezérlőrendszer, amelyet mesterként választanak ki, míg a többi terepi eszközt szolgaként, például érzékelőket vagy aktuátorokat használnak. De itt a master és slave közötti kommunikáció főként attól függ, hogy a rendszer milyen kommunikációs módra van berendezve. A HART protokoll hálózat két módban kommunikál, mint a master/slave mód és a sorozatfelvétel mód.

Master/Slave mód

Ezt a módot kérés-válasz módnak is nevezik. Ebben az üzemmódban a szolga eszközök egyszerűen továbbítanak adatokat, amint a Master eszköztől kérést küldenek. Minden HART hurokhoz két master csatlakoztatható. Tehát az elsődleges master általában egy DCS (elosztott vezérlőrendszer), PC (személyi számítógép) vagy PLC (programozható logikai vezérlő), míg a másodlagos master egy másik PC vagy egy kézi terminál. A slave eszközök olyan működtetők, vezérlők és adók, amelyek reagálnak a mester eszközök parancsaira.

Folyamatos üzemmód

Egyes HART-protokoll-kompatibilis eszközök egyszerűen támogatják ezt a kommunikációs módot. Ez a mód gyorsabb kommunikációt tesz lehetővé, például három-négy adatfrissítést másodpercenként. Ebben az üzemmódban a mester eszköz arra utasítja a slave eszközt, hogy folyamatosan küldjön egy tipikus HART válaszüzenetet. A master nagy sebességgel kapja meg az üzenetet, amíg meg nem parancsolja a slave-nek, hogy hagyja abba a robbanást. Ez a mód akkor alkalmazható, ha a fenti egy HART eszköz szükséges a HART hurokból történő kommunikációhoz.

HART Protokoll vs Modbus

A HART protokoll és a Modbus közötti különbség a következőket tartalmazza.

Előnyök

Az a HART protokoll előnyei a következőket tartalmazzák.

• A HART protokoll által engedélyezett eszközök egyszerűen lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy a készüléket a lehető legjobb adatok felhasználásával optimalizálják működési képességeik optimalizálásához.
• Csökkenti a berendezés meghibásodása miatti leállásokat azáltal, hogy felismeri a lehetséges hibákat, mielőtt azok bekövetkeznének.
• Csökkenti az eszközök raktározási és karbantartási költségeit.
• Csökkenti a várakozási időt a probléma felismerésére és megoldására.
• Fejlett diagnosztika használatával növeli a biztonsági integritás szintjét.
• A HART protokoll választásának előnyei elsősorban: digitális képesség, analóg képesség, rendelkezésre állás és interoperabilitás.
• Ez a protokoll különböző eszközökkel és érzékelőkkel is használható.
• A HART protokoll alapú eszközök széles körben elfogadottak az iparban.
• Ez a protokoll növeli a rendszer rendelkezésre állását, a haladás szabályosságát stb.

Hátrányok

Az a HART protokoll hátrányai a következőket tartalmazzák.

• A HART átvitelen belüli digitális jel meglehetősen lassú.
• Többszörös elrendezés esetén az analóg jel nem érhető el és a sz. Az átviteli vonalat felosztani képes eszközök száma korlátozott.
• Egyszerre csak egy folyamatváltozót képes figyelni.
• Ez a fajta protokoll némileg lassú, összehasonlítva más Fieldbus rendszerekkel, mint például a Profibus és Foundation Fieldbus. Így ez a lassú válaszidő nehézségeket okoz egyes ipari alapú alkalmazásokban.
• Általában a HART protokoll sebessége elegendő az egyszerű megfigyelőrendszerekhez, ahol a folyamatváltozók nem változnak gyorsan.

Alkalmazások

Az a HART protokoll alkalmazásai a következőket tartalmazzák.

• A HART protokollt világszerte használják digitális adatok továbbítására és fogadására analóg vezetékekkel az intelligens eszközök és vezérlőrendszerek között.
• Ez egy nagyon népszerű protokoll az ipari automatizálásban.
• Ez a protokoll elsősorban az intelligens eszközök elemzésére szolgál.
• Ezt széles körben alkalmazzák a folyamat- és műszerrendszerekben.
• Ez a fajta kommunikációs protokoll ideális többváltozós műszerekhez, amelyek tömegárammérőket tartalmaznak, ahol a térfogatáram, tömegáram, sűrűség és hőmérséklet egyetlen kábelen keresztül kommunikálható a vezérlőrendszer felé.
• Ezt a protokollt elsősorban ipari folyamatirányítási és mérési alkalmazásokban való használatra tervezték.
• A HART protokollt főleg a feldolgozóiparban használják a különböző eszközök közötti kommunikációra.

Így ez egy a HART protokoll működése . Ez a protokoll a digitális adatok analóg vezetékeken keresztüli továbbítására és fogadására használt globális szabvány az intelligens terepi eszközök, valamint a felügyeleti vagy vezérlőrendszerek, például a DCS és PLC rendszerek között. Ez a kétirányú kommunikációs protokoll egyszerűen további adatokhoz való belépési jogot biztosít a terep és a gazdavezérlő között, a kézi eszköztől az eszközkezelő rendszerig vagy üzemvezérlőig. Itt van egy kérdés: Mi a HART protokoll teljes formája?