Протокол HART: архитектура, работа и приложения

В настоящее время в Индустриальная автоматизация , используются различные типы интеллектуальных полевых устройств, но мониторинг каждого устройства в отрасли очень затруднен властями или полевыми инженерами. Как правило, такой мониторинг достигается с помощью интеллектуальных устройств, которые позволяют передавать данные между различными подключенными устройствами внутри и за пределами отрасли в основную систему мониторинга. Итак, протокол HART был представлен в 1980 году и основан на стандартах Bell 202. Этот протокол стал отраслевым стандартом, поэтому используется в промышленной автоматизации. Итак, в этой статье рассматривается обзор протокол HART – работа с приложениями.

Что такое протокол HART?

Термин HART в протоколе HART означает «Удаленный преобразователь с адресацией по шоссе», который представляет собой протокол открытого стандарта, используемый во всем мире для передачи и приема цифровых данных с помощью аналоговой проводки между интеллектуальными устройствами и устройствами. Системы контроля . Этот протокол очень популярен, поэтому более 30 миллионов устройств по всему миру используют протокол HART. Этот протокол используется для установления связи между хост-системами, а также интеллектуальными полевыми устройствами в промышленности.

Протокол HART приобрел большую популярность благодаря своей способности поддерживать старый аналоговый протокол на основе 4-20 мА, в то же время включая основные преимущества цифровых интеллектуальных приборов.
Этот протокол описывает технологию физического соединения, а также команды, используемые различными приложениями. Команды Hart бывают трех типов: универсальные, общепринятые и специфичные для устройства.
Команды универсального типа реализуются через все устройства HART. Эти команды в основном используются контроллером для идентификации полевого устройства, а также для чтения данных процесса.

Команды общепринятого типа используются для описания различных функций, которые обычно применимы только к полевым устройствам. Эти устройства включают в себя команды для изменения диапазона, выбора технических единиц и выполнения самотестирования.

Команды специфичного для устройства типа не одинаковы для каждого устройства. Эти команды выполняют уникальные функции настройки и модификации. Итак, очень важно отметить, что когда устройства разных производителей реализуют внешне схожий функционал. Например, измерение дифференциального давления может включать совершенно другое оборудование, а также разные наборы команд для конкретных устройств.

Архитектура протокола HART

Протокол HART работает в двух сетевых конфигурациях, таких как двухточечная и многоточечная, которые обсуждаются ниже.

Конфигурация двухточечной сети

В конфигурации сети «точка-точка» для передачи одной переменной процесса используется фиксированный сигнал 4–20 мА, в то время как дополнительные переменные процесса и проектные параметры передаются в цифровом виде по протоколу HART. Таким образом, аналоговый сигнал 4–20 мА не заменяется сигналом HART и может использоваться обычным образом. Цифровой сигнал связи HART обеспечивает право доступа к вторичным переменным и другим данным, которые можно использовать для обслуживания, ввода в эксплуатацию, эксплуатации и диагностики.

Конфигурация многоточечной сети

Такая конфигурация сети позволяет подключать различные устройства с помощью одной пары проводов. Связь в этой конфигурации полностью цифровая, поскольку связь по току аналогового контура отключена, поскольку ток через каждое устройство фиксируется на минимальном значении, достаточном для работы устройства, обычно равном 4 мА.

Как работает связь HART?

Протокол связи HART использует стандарт Bell 202 FSK (частотная манипуляция) для наложения цифровых сигналов, представленных двумя разными частотами, такими как 1200 Гц и 2200 Гц. Здесь частота 1200 Гц представляет бит 1, тогда как частота 2200 Гц представляет бит 0 соответственно.

Когда синусоидальные волны с этими частотами помещаются на аналоговые сигнальные кабели постоянного тока, происходит передача данных. Таким образом, во время этой передачи данных сигнал 4-20 мА не затрагивается из-за стандартного значения сигнала частотной манипуляции, эквивалентного нулю. Этот протокол поддерживает одновременно два канала связи, такие как аналоговый сигнал 4-20 мА и цифровые сигналы.

Аналоговый сигнал передает первичное измеренное значение через токовую петлю 4-20 мА, тогда как дополнительные данные устройства передаются через цифровой сигнал, который накладывается на аналоговый сигнал.
Цифровой сигнал включает в себя информацию об устройстве, такую ​​как состояние устройства, диагностику, расчетные значения и т. д. Таким образом, вместе два канала связи предлагают очень надежное и недорогое коммуникационное решение, которое очень просто использовать и настраивать. Этот протокол часто называют гибридным протоколом, поскольку он сочетает в себе как аналоговую, так и цифровую связь.

Технология HART отличается от протокола ведущий/ведомый, поскольку ведомое устройство работает только после того, как к нему подключено ведущее устройство. Здесь ведомое устройство — это смарт-устройство, а ведущее — компьютер.

Режимы протокола HART

Как правило, для обмена данными по протоколу HART устройством, используемым в сети, является ПЛК или распределенная система управления, которая выбирается в качестве ведущего, тогда как другие полевые устройства считаются ведомыми, такими как датчики или исполнительные механизмы. Но здесь связь между ведущим и ведомым главным образом зависит от режима связи, на который устроена система. Сеть протокола HART обменивается данными в двух режимах, таких как режим ведущий/ведомый и пакетный режим.

Ведущий/ведомый режим

Этот режим также известен как режим запрос-ответ. В этом режиме ведомые устройства просто передают данные после получения запроса от ведущего устройства. К каждому контуру HART можно подключить два ведущих устройства. Таким образом, первичным мастером обычно является РСУ (распределенная система управления), ПК (персональный компьютер) или ПЛК (программируемый логический контроллер), тогда как вторичным мастером является другой ПК или портативный терминал. Подчиненные устройства — это приводы, контроллеры и передатчики, которые реагируют на команды от ведущих устройств.

В режиме серийной съемки

Некоторые устройства с поддержкой протокола HART просто поддерживают этот режим связи. Этот режим обеспечивает более быструю связь, например, от трех до четырех обновлений данных в секунду. Ведущее устройство в этом режиме инструктирует ведомое устройство непрерывно передавать типичное ответное сообщение HART. Ведущее устройство получает сообщение на высокой скорости, пока не прикажет подчиненному устройству прекратить пакетную передачу. Этот режим применим, когда указанное выше одно устройство HART необходимо для обмена данными по контуру HART.

Протокол HART против Modbus

Различие между протоколом HART и Modbus заключается в следующем.

Преимущества

преимущества протокола HART включая следующее.

• Устройства, работающие по протоколу HART, просто позволяют пользователям использовать самые точные данные для оптимизации своих рабочих характеристик.
• Это уменьшает время простоя из-за отказа оборудования, распознавая потенциальные проблемы до того, как они произойдут.
• Это снижает затраты на инвентаризацию и обслуживание устройств.
• Это сокращает время ожидания для распознавания и решения проблем.
• Он повышает уровень полноты безопасности за счет использования расширенной диагностики.
• Преимущества выбора протокола HART в основном включают: цифровые возможности, аналоговые возможности, доступность и совместимость.
• Этот протокол также можно использовать с различными устройствами и датчиками.
• Устройства на основе протокола HART широко используются в промышленности.
• Этот протокол увеличивает доступность системы, регулярность прогресса и т. д.

Недостатки

недостатки протокола HART включая следующее.

• Цифровой сигнал в передаче HART довольно медленный.
• Для многоабонентской схемы аналоговый сигнал недоступен, и нет. устройств, которые могут разделить линию передачи, ограничено.
• Он может контролировать только одну переменную процесса в любой момент времени.
• Этот тип протокола несколько медленный по сравнению с другими системами Fieldbus, такими как Profibus и Foundation Fieldbus. Таким образом, это медленное время отклика вызывает некоторые трудности в некоторых промышленных приложениях.
• Как правило, скорость протокола HART достаточна для простых систем мониторинга, где переменные процесса не изменяются быстро.

Приложения

приложения протокола HART включая следующее.

• Протокол HART используется во всем мире для передачи и приема цифровых данных с помощью аналоговой проводки между интеллектуальными устройствами и системами управления.
• Это очень популярный протокол, используемый в промышленной автоматизации.
• Этот протокол в основном предназначен для анализа интеллектуальных устройств.
• Это широко используется в технологических процессах и контрольно-измерительных системах.
• Этот тип коммуникационного протокола идеален для многопараметрических приборов, включающих массовые расходомеры, где данные об объемном расходе, массовом расходе, плотности и температуре могут быть переданы в систему управления по одному кабелю.
• Этот протокол в основном предназначен для использования в приложениях управления и измерения промышленных процессов.
• Протокол HART в основном используется в обрабатывающей промышленности для связи между различными устройствами.

Таким образом, это работа по протоколу HART . Этот протокол является глобальным стандартом, используемым для передачи и получения цифровых данных по аналоговым проводам между интеллектуальными полевыми устройствами, а также системами мониторинга или управления, такими как системы DCS и PLC. Этот протокол двунаправленной связи просто обеспечивает право доступа к дополнительным данным между полем и хост-контроллером, начиная от портативного устройства и заканчивая системой управления активами или контроллером завода. Вот вопрос: какова полная форма протокола HART?