Протокол HART: Архитектура, работа и приложенията му

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





В момента в индустриална автоматизация , се използват различни видове интелигентни полеви устройства, но наблюдението на всяко устройство е много трудно в индустрията от властите или полеви инженери. Така че като цяло този вид наблюдение се постига с интелигентни устройства, които позволяват прехвърляне на данни между различни свързани устройства вътре и извън индустрията към основната система за наблюдение. И така, протоколът HART беше въведен през 1980 г. и се основава на стандартите Bell 202. Този протокол се превърна в индустриален стандарт, така че се използва в индустриалната автоматизация. И така, тази статия обсъжда преглед на HART протокол – работа с приложения.


Какво е HART протокол?

Терминът HART в протокола HART означава „Highway Addressable Remote Transducer“, който е отворен стандартен протокол, използван по целия свят за предаване и получаване на цифрови данни с аналогово окабеляване между смарт устройства и системи за управление . Този протокол е много популярен, така че над 30 милиона устройства по целия свят се захранват с протокола HART. Този протокол се използва за установяване на комуникация между хост системи, както и интелигентни полеви устройства в индустриите.



Протоколът HART придоби по-голяма популярност поради способността си да поддържа по-стария аналогов протокол, базиран на 4-20 mA, като същевременно включва основните предимства на цифровите интелигентни инструменти.
Този протокол описва технологията за физическа връзка, както и команди, използвани от различни приложения. Командите на Hart са три вида универсални, обичайни и специфични за устройството.
Командите от универсален тип се изпълняват чрез всички HART устройства. Тези команди се използват главно от контролера за идентифициране на полево устройство, както и за четене на данни от процеса.

Командите тип Common Practice се използват за описание на различни функции, които обикновено са приложими само за полеви устройства. Тези устройства включват команди за промяна на диапазона, избор на инженерни единици и извършване на самотестове.



Специфичните за устройството типове команди не са еднакви за всяко устройство. Тези команди изпълняват уникални функции за конфигурация и модификация. Така че е много важно да се отбележи, че когато устройства от различни производители внедряват подобна функционалност външно. Например измерването на диференциално налягане може да включва напълно различен хардуер, а също и различни набори команди, специфични за устройството.

Архитектура на HART протокол

Протоколът HART работи в две мрежови конфигурации като точка до точка и много точки, които са обсъдени по-долу.

Конфигурация на мрежа от точка до точка

В мрежовата конфигурация от точка до точка, за комуникация на единична променлива на процеса се използва фиксираният сигнал 4–20 mA, докато допълнителните променливи на процеса и проектните параметри се предават цифрово с протокола HART. Така че аналоговият сигнал 4–20 mA не се променя от сигнала HART и може да се използва по нормален начин. Комуникационният цифров сигнал на HART осигурява правото на въвеждане на вторични променливи и други данни могат да се използват за поддръжка, пускане в експлоатация, операции и диагностични цели.

  Конфигурация на мрежа от точка до точка
Конфигурация на мрежа от точка до точка

Конфигурация на мрежа с много капки

Тази мрежова конфигурация позволява различни устройства да бъдат свързани с една двойка проводници. Комуникацията в рамките на тази конфигурация е напълно цифрова, тъй като комуникацията по целия ток на аналоговата верига е деактивирана, тъй като токът във всяко устройство е фиксиран на минимална достатъчна стойност за работа на устройството обикновено 4mA.

  Конфигурация на мрежа с много капки
Конфигурация на мрежа с много капки

Как работи HART комуникацията?

Комуникационният протокол HART използва стандарта Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) за наслагване на цифрови сигнали, които са представени с две различни честоти като 1200 Hz и 2200 Hz. Тук честотата от 1200 Hz представлява бит 1, докато честотата от 2200 Hz представлява съответно бит 0.

  Работен протокол HART
Работен протокол HART

Когато синусоиди с тези честоти се поставят върху DC аналогови сигнални кабели, тогава се осъществява пренос на данни. И така, по време на това прехвърляне на данни сигналът 4-20 mA не се влияе поради стандартната стойност на манипулиращия сигнал за изместване на честотата, еквивалентна на нула. Този протокол поддържа едновременно два комуникационни канала като аналогов сигнал 4-20 mA и цифров сигнал.

Аналоговият сигнал комуникира първичната измерена стойност с токовата верига 4-20 mA, докато допълнителните данни на устройството се комуникират чрез цифров сигнал, който се наслагва върху аналоговия сигнал.
Цифровият сигнал включва информацията за устройството, като състоянието на устройството, диагностика, изчислени стойности и т.н. Така заедно, двата комуникационни канала предлагат много стабилно и евтино комуникационно решение, което е много лесно за използване и конфигуриране. Този протокол често се нарича хибриден протокол, защото съчетава както аналогова, така и цифрова комуникация.

Технологията HART се разграничава като протокол master/slave, тъй като подчиненото устройство работи само след като към него е свързано главно устройство. Тук подчиненото устройство е смарт устройство, а главното устройство е компютър.

Режими на HART протокол

Обикновено за комуникация в рамките на протокола HART устройството, използвано в мрежата, е PLC или разпределена система за управление, която е избрана като главна, докато други полеви устройства се считат за подчинени, като сензори или изпълнителни механизми. Но тук комуникацията между master и slave зависи главно от начина на комуникация, към който е подредена системата. Мрежата с протокол HART комуникира в два режима като главен/подчинен режим и пакетен режим.

Режим Master/Slave

Този режим е известен още като режим заявка-отговор. В този тип режим подчинените устройства просто предават данни, след като бъде издадена заявка от главното устройство. За всеки HART контур могат да бъдат свързани два мастера. Така че първичният мастер обикновено е DCS (разпределена система за управление), PC (персонален компютър) или PLC (програмируем логически контролер), докато вторичният мастер е друг компютър или ръчен терминал. Подчинените устройства са изпълнителни механизми, контролери и предаватели, които реагират на команди от главните устройства.

Режим Burst

Някои устройства с активиран HART протокол просто поддържат този комуникационен режим. Този режим позволява по-бърза комуникация като три до четири актуализации на данни за всяка секунда. Главното устройство в този режим инструктира подчиненото устройство да предава непрекъснато типично HART съобщение за отговор. Главният получава съобщението с висока скорост, докато не нареди на подчинения да спре избухването. Този режим е приложим, когато горното HART устройство е необходимо за комуникация от HART контура.

HART протокол срещу Modbus

Разликата между протокола HART и Modbus включва следното.

HART протокол

Modbus

HART е хибриден протокол. Modbus е протокол за комуникация на данни.
HART се използва широко в системи за процеси и инструменти, които варират от малка автоматизация до изключително сложни индустриални приложения. Modbus обикновено се използва за предаване на сигнали от измервателни и контролни устройства към система за събиране на данни или главен контролер.
Този протокол работи в два режима на работа като точка до точка и многокапков. Modbus работи в два режима на предаване като ASCII режим или RTU режим.

Предимства

The предимствата на протокола HART включват следното.

  • Устройствата, които са активирани от протокола HART, просто позволяват на потребителите да накарат устройството да използва най-добрите данни за оптимизиране на техните оперативни способности.
  • Намалява времето за престой поради повреда на оборудването, като разпознава потенциалните проблеми, преди да се случат.
  • Намалява разходите за инвентар и поддръжка на устройствата.
  • Намалява времето за изчакване за разпознаване и разрешаване на проблема.
  • Той подобрява нивата на цялост на безопасността чрез използване на разширена диагностика.
  • Ползите от избора на протокола HART включват главно; цифрови възможности, аналогови възможности, наличност и оперативна съвместимост.
  • Този протокол може да се използва и с различни устройства и сензори.
  • Устройствата, базирани на протокол HART, се приемат широко в индустриите.
  • Този протокол увеличава наличността на системата, редовността на напредъка и т.н.

Недостатъци

The недостатъци на протокола HART включват следното.

  • Цифровият сигнал в HART предаването е доста бавен.
  • За многокапково подреждане аналоговият сигнал не е достъпен и няма. на устройства, които могат да разделят предавателната линия, е ограничено.
  • Той може да наблюдава само една променлива на процеса по всяко време.
  • Този тип протокол е донякъде бавен в сравнение с други Fieldbus системи като Profibus & Foundation Fieldbus. Така че това бавно време за реакция причинява някои трудности в някои индустриални приложения.
  • Като цяло скоростта на протокола HART е достатъчна за прости системи за наблюдение, където променливите на процеса не се променят бързо.

Приложения

The приложения на протокола HART включват следното.

  • Протоколът HART се използва по целия свят за предаване и получаване на цифрови данни с аналогово окабеляване между смарт устройства и системи за управление.
  • Това е много популярен протокол, използван в индустриалната автоматизация.
  • Този протокол е основно за анализиране на смарт устройства.
  • Това се използва широко в процесни и инструментални системи.
  • Този тип комуникационен протокол е идеален за многопроменливи инструменти, които включват масови разходомери, където обемният поток, масовият поток, плътността и температурата могат да бъдат комуникирани към системата за управление чрез един кабел.
  • Този протокол е предназначен главно за използване в приложения за контрол на индустриални процеси и измервания.
  • Протоколът HART се използва главно в процесните индустрии за комуникация между различни устройства.

По този начин, това е работа на протокола HART . Този протокол е глобалният стандарт, използван за предаване и получаване на цифрови данни през аналогови кабели между интелигентни полеви устройства, както и системи за наблюдение или контрол, като DCS и PLC системи. Този двупосочен комуникационен протокол просто предоставя правото на достъп до допълнителни данни между полето и хост контролера, вариращи от ръчно устройство до система за управление на активи или контролер на завода. Ето един въпрос: Каква е пълната форма на протокола HART?