HART protokolas: architektūra, darbas ir taikymas

Šiuo metu į pramoninė automatika Naudojami įvairių tipų išmanieji lauko įrenginiai, tačiau institucijoms ar lauko inžinieriams labai sunku stebėti kiekvieną įrenginį. Taigi paprastai toks stebėjimas pasiekiamas naudojant išmaniuosius įrenginius, kurie leidžia perduoti duomenis tarp skirtingų prijungtų įrenginių pramonės viduje ir už jos ribų į pagrindinę stebėjimo sistemą. Taigi, HART protokolas buvo pristatytas 1980 m. ir remiasi Bell 202 standartais. Šis protokolas tapo pramonės standartu, todėl naudojamas pramoninėje automatizacijoje. Taigi, šiame straipsnyje aptariama apžvalga HART protokolas – darbas su programomis.

Kas yra HART protokolas?

Terminas HART HART protokole reiškia „Highway Addressable Remote Transducer“, kuris yra atviro standarto protokolas, naudojamas visame pasaulyje perduoti ir priimti skaitmeninius duomenis su analoginiais laidais tarp išmaniųjų įrenginių ir valdymo sistemos . Šis protokolas yra labai populiarus, todėl daugiau nei 30 milijonų įrenginių visame pasaulyje yra maitinami HART protokolu. Šis protokolas naudojamas ryšiui tarp pagrindinių sistemų ir pramonės išmaniųjų lauko įrenginių užmegzti.

HART protokolas išpopuliarėjo dėl savo galimybės palaikyti senesnį 4–20 mA pagrįstą analoginį protokolą, kartu įtraukdamas ir pagrindinius skaitmeninių išmaniųjų prietaisų pranašumus.
Šis protokolas aprašo fizinio ryšio technologiją ir komandas, kurias naudoja įvairios programos. Hart komandos yra trijų tipų universalios, bendros praktikos ir įrenginio specifinės.
Universalaus tipo komandos įgyvendinamos per visus HART įrenginius. Šias komandas daugiausia naudoja valdiklis lauko įrenginiui identifikuoti ir proceso duomenims nuskaityti.

Įprastos praktikos tipo komandos naudojamos įvairioms funkcijoms, kurios paprastai taikomos tik lauko įrenginiams, aprašyti. Šiuose įrenginiuose yra komandos, skirtos keisti diapazoną, pasirinkti inžinerinius vienetus ir atlikti savikontrolę.

Konkretaus įrenginio tipo komandos nėra vienodos kiekvienam įrenginiui. Šios komandos vykdo unikalias konfigūravimo ir modifikavimo funkcijas. Taigi, labai svarbu pažymėti, kad kai įvairių gamintojų įrenginiai išoriškai įdiegia panašias funkcijas. Pavyzdžiui, slėgio skirtumo matavimas gali apimti visiškai skirtingą aparatinę įrangą ir skirtingus įrenginiui būdingus komandų rinkinius.

HART protokolo architektūra

HART protokolas veikia dviejose tinklo konfigūracijose, pavyzdžiui, taškas į tašką ir kelių taškų, kurios aptariamos toliau.

„Point to point“ tinklo konfigūracija

Tinklo konfigūracijoje taškas į tašką, norint perduoti vieną proceso kintamąjį, naudojamas fiksuotas 4–20 mA signalas, o papildomi proceso kintamieji ir projektiniai parametrai perduodami skaitmeniniu būdu naudojant HART protokolą. Taigi 4–20 mA analoginio signalo HART signalas nekeičia ir gali būti naudojamas įprastai. HART ryšio skaitmeninis signalas suteikia teisę įvesti antrinius kintamuosius ir kitus duomenis galima naudoti techninės priežiūros, paleidimo, eksploatavimo ir diagnostikos tikslais.

Multi Drop tinklo konfigūracija

Ši tinklo konfigūracija leidžia sujungti įvairius įrenginius viena laidų pora. Ryšys pagal šią konfigūraciją yra visiškai skaitmeninis, nes ryšys per analoginės kilpos srovę yra išjungtas, nes srovė kiekviename įrenginyje yra fiksuota ties minimalia, pakankama įrenginio veikimui, paprastai 4 mA.

Kaip veikia HART komunikacija?

HART ryšio protokolas naudoja Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) standartą, kad perduotų skaitmeninius signalus, kurie pateikiami dviem skirtingais dažniais, pvz., 1 200 Hz ir 2 200 Hz. Čia 1200 Hz dažnis reiškia 1 bitą, o 2200 Hz dažnis atitinkamai reiškia 0 bitą.

Kai tokių dažnių sinusinės bangos patenka ant nuolatinės srovės analoginio signalo kabelių, tada vyksta duomenų perdavimas. Taigi šio duomenų perdavimo metu 4-20 mA signalas nepaveikiamas dėl standartinės dažnio poslinkio raktų signalo vertės, atitinkančios nulį. Šis protokolas vienu metu palaiko du ryšio kanalus, pvz., 4-20 mA analoginį signalą ir skaitmeninius signalus.

Analoginis signalas perduoda pirminę išmatuotą vertę su 4–20 mA srovės kilpa, o papildomi įrenginio duomenys perduodami skaitmeniniu signalu, kuris yra padengtas analoginiu signalu.
Skaitmeninis signalas apima informaciją apie įrenginį, pvz., įrenginio būklę, diagnostiką, apskaičiuotas vertes ir tt Taigi kartu abu ryšio kanalai siūlo labai tvirtą ir nebrangų ryšio sprendimą, kurį labai paprasta naudoti ir konfigūruoti. Šis protokolas dažnai vadinamas hibridiniu protokolu, nes jis sujungia analoginį ir skaitmeninį ryšį.

HART technologija yra diferencijuojama kaip pagrindinis / pavaldinis protokolas, nes valdomasis įrenginys veikia tik tada, kai prie jo prijungiamas pagrindinis įrenginys. Čia pagalbinis įrenginys yra išmanusis įrenginys, o pagrindinis įrenginys yra kompiuteris.

HART protokolo režimai

Paprastai ryšiui pagal HART protokolą tinkle naudojamas įrenginys yra PLC arba paskirstytoji valdymo sistema, kuri pasirenkama kaip pagrindinis, o kiti lauko įrenginiai laikomi pagalbiniais, pavyzdžiui, jutikliais ar pavaromis. Tačiau čia ryšys tarp pagrindinio ir pavaldinio daugiausia priklauso nuo ryšio, kuriam sistema yra pritaikyta, būdo. HART protokolo tinklas bendrauja dviem režimais, tokiais kaip pagrindinis / pavaldus režimas ir serijos režimas.

Pagrindinis / vergas režimas

Šis režimas taip pat žinomas kaip užklausos ir atsakymo režimas. Šio tipo režimu pagalbiniai įrenginiai tiesiog perduoda duomenis, kai tik iš pagrindinio įrenginio pateikiama užklausa. Kiekvienai HART kilpai galima prijungti du pagrindinius įrenginius. Taigi pagrindinis pagrindinis valdiklis paprastai yra DCS (paskirstyta valdymo sistema), kompiuteris (asmeninis kompiuteris) arba PLC (programuojamas loginis valdiklis), o antrinis pagrindinis kompiuteris yra kitas kompiuteris arba delninis terminalas. Pavaldūs įrenginiai yra pavaros, valdikliai ir siųstuvai, kurie reaguoja į komandas iš pagrindinių įrenginių.

Burst režimas

Kai kurie HART protokolą palaikantys įrenginiai tiesiog palaiko šį ryšio režimą. Šis režimas leidžia greičiau bendrauti, pavyzdžiui, 3–4 duomenų atnaujinimus kas sekundę. Pagrindinis įrenginys šiuo režimu nurodo pagalbiniam įrenginiui nuolat perduoti tipišką HART atsakymo pranešimą. Valdytojas gauna pranešimą dideliu greičiu, kol įsako vergui nustoti sprogti. Šis režimas taikomas, kai aukščiau nurodytas vienas HART įrenginys reikalingas norint susisiekti iš HART kilpos.

HART protokolas prieš Modbus

Skirtumas tarp HART protokolo ir Modbus yra toks.

Privalumai

The HART protokolo pranašumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Įrenginiai, kuriuos įgalina HART protokolas, paprasčiausiai leidžia vartotojams panaudoti geriausius duomenis, kad optimizuotų savo veikimo galimybes.
• Tai sumažina prastovų laiką dėl įrangos gedimo, nes atpažįsta galimas problemas dar prieš jiems įvykstant.
• Tai sumažina inventoriaus išlaidas ir prietaisų priežiūrą.
• Tai sumažina laukimo laiką, kol bus atpažįstama ir išsprendžiama problema.
• Tai padidina saugos vientisumo lygį naudodama pažangią diagnostiką.
• HART protokolo pasirinkimo pranašumai daugiausia apima: skaitmeninės galimybės, analoginės galimybės, prieinamumas ir sąveikumas.
• Šis protokolas taip pat gali būti naudojamas su įvairiais įrenginiais ir jutikliais.
• HART protokolu pagrįsti įrenginiai plačiai pripažįstami pramonės šakose.
• Šis protokolas padidina sistemos prieinamumą, progreso reguliarumą ir kt.

Trūkumai

The HART protokolo trūkumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Skaitmeninis HART perdavimo signalas yra gana lėtas.
• Naudojant kelių lašų išdėstymą, analoginis signalas nepasiekiamas ir Nr. įrenginių, galinčių padalinti perdavimo liniją, skaičius yra apribotas.
• Jis bet kuriuo metu gali stebėti tik vieną proceso kintamąjį.
• Šio tipo protokolas yra šiek tiek lėtas, palyginti su kitomis „Fieldbus“ sistemomis, tokiomis kaip „Profibus & Foundation Fieldbus“. Taigi šis lėtas atsako laikas sukelia tam tikrų sunkumų kai kuriose pramoninėse programose.
• Paprastai HART protokolo greičio pakanka paprastoms stebėjimo sistemoms, kur proceso kintamieji greitai nesikeičia.

Programos

The HART protokolo programos įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• HART protokolas visame pasaulyje naudojamas skaitmeniniams duomenims perduoti ir priimti su analoginiais laidais tarp išmaniųjų įrenginių ir valdymo sistemų.
• Tai labai populiarus protokolas, naudojamas pramoninėje automatikoje.
• Šis protokolas daugiausia skirtas išmaniųjų įrenginių analizei.
• Tai plačiai naudojama procesų ir prietaisų sistemose.
• Šio tipo ryšio protokolas idealiai tinka kelių kintamų prietaisams, kuriuose yra masės srauto matuokliai, kur tūrinis srautas, masės srautas, tankis ir temperatūra gali būti perduodami valdymo sistemai vienu kabeliu.
• Šis protokolas daugiausia skirtas naudoti pramoninių procesų valdymo ir matavimo programose.
• HART protokolas daugiausia naudojamas procesų pramonėje ryšiui tarp skirtingų įrenginių.

Taigi, tai yra an HART protokolo veikimas . Šis protokolas yra pasaulinis standartas, naudojamas skaitmeniniams duomenims perduoti ir priimti analoginiais laidais tarp išmaniųjų lauko įrenginių, taip pat stebėjimo ar valdymo sistemų, tokių kaip DCS ir PLC sistemos. Šis dvikrypčio ryšio protokolas tiesiog suteikia teisę įvesti papildomus duomenis tarp lauko ir pagrindinio valdiklio, pradedant delniniu įrenginiu ir baigiant turto valdymo sistema ar gamyklos valdikliu. Čia yra klausimas: kokia yra visa HART protokolo forma?