HART-protokol: Arkitektur, arbejde og dens applikationer

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





På nuværende tidspunkt i industriel automation , der bruges forskellige typer smarte feltenheder, men overvågning af hver enhed er meget vanskelig inden for industrien af ​​myndigheder eller feltingeniører. Så generelt opnås denne form for overvågning med smarte enheder, som tillader dataoverførsel mellem forskellige tilsluttede enheder inden for og uden for industrien til det store overvågningssystem. Så HART-protokollen blev introduceret i 1980 og bygger på Bell 202-standarderne. Denne protokol er blevet en industristandard, så den bruges i industriel automatisering. Så denne artikel diskuterer et overblik over HART protokol – arbejde med applikationer.


Hvad er HART-protokollen?

Udtrykket HART i HART-protokollen står for 'Highway Addressable Remote Transducer', som er en åben standardprotokol, der bruges over hele verden til at transmittere og modtage digitale data med analoge ledninger mellem smartenheder og kontrolsystemer . Denne protokol er meget populær, så over 30 millioner enheder over hele kloden drives med HART-protokollen. Denne protokol bruges til at etablere kommunikation mellem værtssystemer såvel som smarte feltenheder i industrier.



HART-protokollen vandt mere popularitet på grund af dens evne til at understøtte den ældre 4-20 mA-baserede analoge protokol, mens den inkluderer de store fordele ved digital smart instrumentering.
Denne protokol beskriver fysisk forbindelsesteknologi og også kommandoer, der bruges af forskellige applikationer. Hart-kommandoer er tre typer Universal, Common Practice og Device Specific.
Universal-type kommandoer implementeres gennem alle HART-enheder. Disse kommandoer bruges hovedsageligt af en controller til at identificere en feltenhed samt læse procesdata.

Common Practice-kommandoer bruges til at beskrive forskellige funktioner, som normalt kun gælder for feltenheder. Disse enheder inkluderer kommandoer til ændring af rækkevidde, valg af tekniske enheder og udførelse af selvtest.



Enhedsspecifikke typekommandoer er ikke de samme for hver enhed. Disse kommandoer udfører unikke konfigurations- og ændringsfunktioner. Så det er meget vigtigt at bemærke, at når enheder fra forskellige producenter implementerer lignende funktionalitet eksternt. For eksempel kan differenstrykmåling omfatte fuldstændig forskellig hardware og også forskellige enhedsspecifikke kommandosæt.

HART-protokolarkitektur

HART-protokollen fungerer i to netværkskonfigurationer som punkt til punkt og multipunkt, som er beskrevet nedenfor.

Peg til punkt netværkskonfiguration

I punkt-til-punkt netværkskonfigurationen, til kommunikation af en enkelt procesvariabel, bruges det faste 4-20 mA signal, mens ekstra procesvariabler og designparametre transmitteres digitalt med HART-protokollen. Så det analoge 4-20 mA signal ændres ikke af HART-signalet og kan bruges på normal vis. Det digitale HART-kommunikationssignal giver adgangsretten til sekundære variabler, og andre data kan bruges til vedligeholdelse, idriftsættelse, drift og diagnostiske formål.

  Peg til punkt netværkskonfiguration
Peg til punkt netværkskonfiguration

Multi Drop netværkskonfiguration

Denne netværkskonfiguration gør det muligt at forbinde forskellige enheder med et enkelt par ledninger. Kommunikationen i denne konfiguration er fuldstændig digital, da kommunikation i hele den analoge sløjfestrøm er deaktiveret, da strømmen i hver enhed er fastsat til en minimumsværdi, der er tilstrækkelig til, at enheden normalt fungerer på 4mA.

  Multi Drop netværkskonfiguration
Multi Drop netværkskonfiguration

Hvordan fungerer HART-kommunikation?

HART kommunikationsprotokollen bruger Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) standarden til at overlejre digitale signaler, som er repræsenteret med to forskellige frekvenser som 1.200 Hz og 2.200 Hz. Her repræsenterer 1.200 Hz frekvens bit 1, mens 2.200 Hz frekvens repræsenterer bit 0 tilsvarende.

  HART-protokollen fungerer
HART-protokollen fungerer

Når sinusbølger med disse frekvenser placeres på analoge DC-signalkabler, sker dataoverførslen. Så under denne overførsel af data påvirkes 4-20 mA-signalet ikke på grund af standardværdien af ​​et frekvensskift-nøglesignal, der svarer til nul. Denne protokol understøtter ad gangen to kommunikationskanaler som 4-20 mA analogt signal og digitale signaler.

Det analoge signal kommunikerer den primære målte værdi med 4-20mA strømsløjfen, hvorimod de yderligere enhedsdata kommunikeres gennem et digitalt signal, der overlejres på det analoge signal.
Det digitale signal inkluderer enhedens information som enhedens tilstand, diagnostik, beregnede værdier osv. Så tilsammen tilbyder de to kommunikationskanaler en meget robust og billig kommunikationsløsning, der er meget enkel at bruge og konfigurere. Denne protokol kaldes ofte en hybrid protokol, fordi den kombinerer både analog og digital kommunikation.

HART-teknologien er differentieret som en master/slave-protokol, fordi slaveenheden kun virker, når en masterenhed er tilsluttet den. Her er slaveenheden en smartenhed, og masterenheden er en computer.

Tilstande for HART-protokollen

Generelt, til kommunikation inden for HART-protokollen, er den enhed, der bruges i netværket, PLC eller distribueret kontrolsystem, der er valgt som Master, mens andre feltenheder betragtes som slaver som sensorer eller aktuatorer. Men her afhænger kommunikationen mellem master og slave hovedsageligt af den kommunikationsmåde, som systemet er indrettet til. HART protokol netværk kommunikerer i to tilstande som master/slave mode og burst mode.

Master/Slave-tilstand

Denne tilstand er også kendt som anmodning-svar-tilstand. I denne type tilstand transmitterer slaveenheder blot data, når en anmodning fra masterenheden er udstedt. For hver HART-løkke kan der tilsluttes to mastere. Så den primære master er normalt en DCS (distribueret kontrolsystem), PC (personlig computer) eller PLC (programmerbar logisk controller), mens den sekundære master er en anden pc eller en håndholdt terminal. Slave-enheder er aktuatorer, controllere og transmittere, der reagerer på kommandoer fra master-enhederne.

Burst-tilstand

Nogle HART-protokolaktiverede enheder understøtter simpelthen denne kommunikationstilstand. Denne tilstand tillader hurtigere kommunikation som tre til fire dataopdateringer for hvert sekund. Masterenheden i denne tilstand instruerer slaveenheden i at sende en typisk HART-svarmeddelelse kontinuerligt. Masteren får beskeden med høj hastighed, indtil den beordrer slaven til at stoppe med at briste. Denne tilstand er anvendelig, hvor ovenstående ene HART-enhed er nødvendig for at kommunikere fra HART-løkken.

HART-protokol vs Modbus

Forskellen mellem HART-protokollen og Modbus inkluderer følgende.

HART protokol

Modbus

HART er en hybrid protokol. Modbus er en datakommunikationsprotokol.
HART bruges i vid udstrækning i proces- og instrumenteringssystemer, der spænder fra lille automatisering til meget komplicerede industrielle applikationer. Modbus bruges normalt til at sende signaler fra instrumenterings- og kontrolenheder til et dataindsamlingssystem eller hovedcontroller.
Denne protokol fungerer i to driftstilstande som punkt til punkt og multi-drop. Modbus fungerer i to transmissionstilstande som ASCII Mode eller RTU Mode.

Fordele

Det fordelene ved HART-protokollen omfatte følgende.

  • De enheder, der er aktiveret af HART-protokollen, giver simpelthen brugerne mulighed for at få enheden til at bruge de fineste data til at optimere deres operationelle evner.
  • Det reducerer nedetiderne på grund af udstyrsfejl ved at genkende de potentielle problemer, før de opstår.
  • Det reducerer lageromkostningerne og vedligeholdelsen af ​​enheder.
  • Det reducerer ventetider for problemgenkendelse og problemløsning.
  • Det forbedrer sikkerhedsintegritetsniveauerne ved at bruge avanceret diagnostik.
  • Fordelene ved at vælge HART-protokollen omfatter hovedsageligt; digital kapacitet, analog kapacitet, tilgængelighed og interoperabilitet.
  • Denne protokol kan også bruges med forskellige enheder og sensorer.
  • HART-protokolbaserede enheder er bredt accepteret i industrier.
  • Denne protokol øger systemets tilgængelighed, fremskridts regelmæssighed osv.

Ulemper

Det ulemper ved HART-protokollen omfatte følgende.

  • Det digitale signal i HART-transmissionen er ret langsomt.
  • For et multi-drop arrangement er det analoge signal ikke tilgængeligt og nr. af enheder, der kan opdele transmissionslinjen, er begrænset.
  • Det kan kun overvåge én procesvariabel til enhver tid.
  • Denne type protokol er noget langsom sammenlignet med andre Fieldbus-systemer såsom Profibus & Foundation Fieldbus. Så denne langsomme responstid forårsager nogle vanskeligheder inden for nogle industribaserede applikationer.
  • Generelt er hastigheden af ​​HART-protokollen tilstrækkelig til simple overvågningssystemer, hvor procesvariablerne ikke varierer hurtigt.

Ansøgninger

Det anvendelser af HART-protokollen omfatte følgende.

  • HART-protokollen bruges over hele verden til at transmittere og modtage digitale data med analoge ledninger mellem smartenheder og kontrolsystemer.
  • Dette er en meget populær protokol, der bruges i industriel automatisering.
  • Denne protokol er hovedsageligt til analyse af smarte enheder.
  • Dette er bredt brugt i proces- og instrumenteringssystemer.
  • Denne type kommunikationsprotokol er ideel til multivariable instrumenter, som inkluderer masseflowmålere, hvor volumetrisk flow, masseflow, tæthed og temperatur kan kommunikeres mod kontrolsystemet over et enkelt kabel.
  • Denne protokol er hovedsageligt designet til brug i industrielle processtyrings- og måleapplikationer.
  • HART-protokollen bruges hovedsageligt i procesindustrier til kommunikation mellem forskellige enheder.

Dette er således en drift af HART-protokollen . Denne protokol er den globale standard, der bruges til at transmittere og modtage digitale data på tværs af analoge ledninger mellem smarte feltenheder samt overvågnings- eller kontrolsystemer såsom DCS & PLC-systemer. Denne tovejskommunikationsprotokol giver simpelthen adgangsretten til yderligere data mellem marken og værtscontrolleren lige fra en håndholdt enhed til et asset management system eller plantecontroller. Her er et spørgsmål: Hvad er den fulde form af HART-protokollen?