HART-protokoll: arhitektuur, töö ja selle rakendused

Praegu sisse tööstusautomaatika , kasutatakse erinevat tüüpi nutikaid väliseadmeid, kuid ametiasutuste või väliinseneride poolt on tööstuses iga seadme jälgimine väga keeruline. Nii et üldiselt saavutatakse selline monitooring nutiseadmetega, mis võimaldavad andmeedastust erinevate ühendatud seadmete vahel tööstuses ja väljaspool seda suuremasse seiresüsteemi. Niisiis võeti HART-protokoll kasutusele 1980. aastal ja see põhineb Bell 202 standarditel. Sellest protokollist on saanud tööstusstandard, mida kasutatakse tööstusautomaatikas. Niisiis, see artikkel käsitleb ülevaadet HART protokoll – rakendustega töötamine.

Mis on HART-protokoll?

HART-protokolli termin HART tähistab kiirtee aadressiga kaugmuundurit, mis on avatud standardprotokoll, mida kasutatakse üle maailma digitaalsete andmete edastamiseks ja vastuvõtmiseks nutiseadmete ja analoogjuhtmetega. juhtimissüsteemid . See protokoll on väga populaarne, nii et enam kui 30 miljonit seadet üle maailma kasutavad HART-protokolli. Seda protokolli kasutatakse side loomiseks nii hostsüsteemide kui ka tööstuste nutikate väliseadmete vahel.

HART-protokoll saavutas suurema populaarsuse tänu oma võimele toetada vanemat 4-20 mA-põhist analoogprotokolli, hõlmates samal ajal digitaalse nutika mõõteriistade peamisi eeliseid.
See protokoll kirjeldab füüsilist ühenduse tehnoloogiat ja ka käske, mida erinevad rakendused kasutavad. Harti käske on kolme tüüpi universaalsed, üldkasutatavad ja seadmepõhised.
Universaalset tüüpi käske rakendatakse kõigi HART-seadmete kaudu. Neid käske kasutab kontroller peamiselt väliseadme tuvastamiseks ja protsessiandmete lugemiseks.

Common Practice tüüpi käske kasutatakse erinevate funktsioonide kirjeldamiseks, mis on tavaliselt rakendatavad ainult väliseadmetele. Need seadmed sisaldavad käske vahemiku muutmiseks, inseneriüksuste valimiseks ja enesetestide tegemiseks.

Seadmespetsiifilised tüübikäsud ei ole iga seadme jaoks ühesugused. Need käsud täidavad ainulaadseid konfiguratsiooni- ja muutmisfunktsioone. Seega on väga oluline märkida, et kui erinevate tootjate seadmed rakendavad sarnaseid funktsioone väliselt. Näiteks võib diferentsiaalrõhu mõõtmine hõlmata täiesti erinevat riistvara ja ka erinevaid seadmepõhiseid käsukomplekte.

HART-protokolli arhitektuur

HART-protokoll töötab kahes võrgukonfiguratsioonis, nagu punktist punkti ja mitme punkti vahel, mida käsitletakse allpool.

Punkt-punkti võrgukonfiguratsioon

Punkt-punkti võrgukonfiguratsioonis kasutatakse ühe protsessimuutuja edastamiseks fikseeritud 4–20 mA signaali, samas kui täiendavad protsessimuutujad ja konstruktsiooniparameetrid edastatakse digitaalselt HART-protokolliga. Seega ei muuda HART-signaal 4–20 mA analoogsignaali ja seda saab tavapärasel viisil kasutada. HART-side digitaalne signaal annab õiguse siseneda sekundaarsetesse muutujatesse ja muid andmeid saab kasutada hoolduseks, kasutuselevõtuks, toimimiseks ja diagnostikaks.

Multi Drop võrgu konfiguratsioon

See võrgukonfiguratsioon võimaldab erinevaid seadmeid ühendada ühe juhtmepaariga. Side selles konfiguratsioonis on täielikult digitaalne, kuna side kogu analoogahela voolu ulatuses on keelatud, kuna voolutugevus igas seadmes on fikseeritud seadme tööks tavaliselt 4 mA piisava minimaalse väärtusega.

Kuidas HART-i suhtlus toimib?

Sideprotokoll HART kasutab Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) standardit, et katta digitaalseid signaale, mis on esindatud kahe erineva sagedusega, näiteks 1200 Hz ja 2200 Hz. Siin tähistab 1200 Hz sagedus bitti 1, samas kui 2200 Hz sagedus tähistab vastavalt bitti 0.

Kui nende sagedustega siinuslained asetsevad alalisvoolu analoogsignaali kaablitele, toimub andmeedastus. Seega ei mõjuta see andmeedastus 4–20 mA signaali, kuna sageduse nihutamise võtmesignaali standardväärtus võrdub nulliga. See protokoll toetab korraga kahte sidekanalit, nagu 4-20 mA analoogsignaal ja digitaalsignaalid.

Analoogsignaal edastab esmase mõõdetud väärtuse 4–20 mA vooluahelaga, samas kui täiendavad seadmeandmed edastatakse digitaalsignaali kaudu, mis on kaetud analoogsignaaliga.
Digisignaal sisaldab teavet seadme kohta, nagu seadme seisukord, diagnostika, arvutatud väärtused jne. Seega pakuvad kaks sidekanalit koos väga tugevat ja odavat sidelahendust, mida on väga lihtne kasutada ja konfigureerida. Seda protokolli nimetatakse sageli hübriidprotokolliks, kuna see ühendab nii analoog- kui ka digitaalse suhtluse.

HART-tehnoloogiat eristatakse ülem-aluvprotokollina, kuna alamseade töötab ainult siis, kui ülemseade on sellega ühendatud. Siin on alamseade nutiseade ja ülemseade arvuti.

HART-protokolli režiimid

Üldjuhul kasutatakse HART-protokollisisese suhtluse jaoks võrgusiseseks seadmeks PLC-d või hajutatud juhtimissüsteemi, mis valitakse ülemseadmeks, samas kui teisi väliseadmeid käsitletakse alluvatena, nagu andurid või täiturmehhanismid. Kuid siin sõltub side ülem- ja alamseadme vahel peamiselt sideviisist, millele süsteem on korraldatud. HART-protokolli võrk suhtleb kahes režiimis, nagu ülem/alluv režiim ja sarivõtterežiim.

Master/Slave režiim

Seda režiimi tuntakse ka kui päringu-vastuse režiimi. Seda tüüpi režiimis edastavad alamseadmed lihtsalt andmeid, kui ülemseade on päringu väljastanud. Iga HART-ahela jaoks saab ühendada kaks juhtseadet. Seega on esmane juht tavaliselt DCS (hajutatud juhtimissüsteem), personaalarvuti (personaalarvuti) või PLC (programmeeritav loogikakontroller), samas kui sekundaarne ülem on teine ​​​​arvuti või pihuterminal. Slave-seadmed on täiturid, kontrollerid ja saatjad, mis reageerivad põhiseadmete käskudele.

Sarivõtte režiim

Mõned HART-protokolli toega seadmed lihtsalt toetavad seda suhtlusrežiimi. See režiim võimaldab kiiremat suhtlust, näiteks kolm kuni neli andmete värskendust iga sekundi kohta. Selles režiimis olev ülemseade juhendab alamseadet tüüpilist HART-vastussõnumit pidevalt edastama. Ülem saab sõnumi suurel kiirusel, kuni annab käsu alamseadmel lõhkemine lõpetada. See režiim on rakendatav, kui ülaltoodud üks HART-seade on vajalik HART-ahela kaudu suhtlemiseks.

HART-protokoll vs Modbus

Erinevus HART-protokolli ja Modbusi vahel hõlmab järgmist.

Eelised

The HART-protokolli eelised sisaldama järgmist.

• HART-protokolliga lubatud seadmed võimaldavad kasutajatel lihtsalt panna seade kasutama oma töövõime optimeerimiseks parimaid andmeid.
• See vähendab seadmete riketest tingitud seisakuid, tuvastades võimalikud probleemid enne nende tekkimist.
• See vähendab laokulusid ja seadmete hooldust.
• See vähendab probleemide tuvastamise ja lahendamise ooteaega.
• See suurendab ohutuse terviklikkuse taset täiustatud diagnostika abil.
• HART-protokolli valimise eelised hõlmavad peamiselt järgmist: digitaalne võimekus, analoogvõimekus, kättesaadavus ja koostalitlusvõime.
• Seda protokolli saab kasutada ka erinevate seadmete ja anduritega.
• HART-protokollipõhised seadmed on tööstuses laialdaselt aktsepteeritud.
• See protokoll suurendab süsteemi kättesaadavust, edenemise regulaarsust jne.

Puudused

The HART-protokolli puudused sisaldama järgmist.

• Digitaalne signaal HART-edastuses on üsna aeglane.
• Mitme tilga paigutuse korral pole analoogsignaal juurdepääsetav ja nr. seadmete arv, mis võivad ülekandeliini poolitada, on piiratud.
• See saab igal ajal jälgida ainult ühte protsessimuutujat.
• Seda tüüpi protokoll on teiste Fieldbus-süsteemidega, nagu Profibus & Foundation Fieldbus, võrreldes mõnevõrra aeglane. Seega põhjustab see aeglane reageerimisaeg mõningates tööstuslikes rakendustes raskusi.
• Üldiselt on HART-protokolli kiirus piisav lihtsate seiresüsteemide jaoks, kus protsessi muutujad ei muutu kiiresti.

Rakendused

The HART-protokolli rakendused sisaldama järgmist.

• HART-protokolli kasutatakse üle maailma digitaalsete andmete edastamiseks ja vastuvõtmiseks nutiseadmete ja juhtimissüsteemide vahelise analoogjuhtmestikuga.
• See on tööstusautomaatikas kasutatav väga populaarne protokoll.
• See protokoll on peamiselt mõeldud nutiseadmete analüüsimiseks.
• Seda kasutatakse laialdaselt protsessi- ja mõõteriistasüsteemides.
• Seda tüüpi sideprotokoll sobib ideaalselt mitme muutujaga mõõteriistade jaoks, mis sisaldavad massivoolumõõtjaid, kus mahuvoolu, massivoolu, tiheduse ja temperatuuri saab edastada juhtsüsteemile ühe kaabli kaudu.
• See protokoll on peamiselt mõeldud kasutamiseks tööstuslike protsesside juhtimise ja mõõtmise rakendustes.
• HART-protokolli kasutatakse peamiselt töötlevas tööstuses erinevate seadmete vaheliseks suhtluseks.

Seega on see an HART-protokolli toimimine . See protokoll on ülemaailmne standard, mida kasutatakse digitaalsete andmete edastamiseks ja vastuvõtmiseks analoogjuhtmete kaudu nutikate väliseadmete vahel, samuti seire- või juhtimissüsteemides, nagu DCS ja PLC süsteemid. See kahesuunaline sideprotokoll annab lihtsalt õiguse siseneda täiendavatele andmetele põllu ja hostkontrolleri vahel, alates pihuseadmest kuni varahaldussüsteemi või tehasekontrollerini. Siin on küsimus: milline on HART-protokolli täielik vorm?