Panimula sa hart - natugunan sa highway ang remote transducer na protocol ng komunikasyon

Ang mga pakinabang ng pagkuha ng dalawang machine (o mga sangkap sa loob ng mga ito), upang makipag-usap sa isa't isa ay naging isang halata sa mga eksperto sa pag- automate at kontrol ng Industrial, bago pa naging mainstream ang Internet of Things (IoT). Ang mga halaga sa isang sensor ng temperatura sa gitna ng isang crankshaft na nagpapadala ng mga sukat upang makontrol ang motor drive relay atbp ay malinaw, at ang isa sa mga protocol ng komunikasyon na ginamit sa pagkamit na iyon ay ang HART Protocol.

Na may higit sa 30 milyong mga aparato batay dito, na naka-install sa buong mundo, ang HART Protocol ay itinuturing na pinaka- tanyag na protokol sa pang-industriya na awtomatiko at ang artikulong ngayon ay magbibigay ng isang pangkalahatang ideya sa kung bakit ito napakahusay. Susuriin namin ang mga tampok, application, at na-upgrade na bersyon tulad ng WirelessHART.

Pangkalahatang-ideya

Ang Highway Addressable Remote Transducer (HART) Protocol ay isa sa pinakatanyag na Buksan ang mga protocol ng komunikasyon na ginamit sa awtomatikong pang-industriya upang magpadala at tumanggap ng digital na impormasyon sa pamamagitan ng mga analog na kable sa pagitan ng mga smart device at control system. Ang protokol na ito ay isang pagsulong ng Serial Communication Protocol tulad ng RS485 at kaganapan na patok din na ginagamit sa mga industriya.

Ito ay binuo ni Emerson noong 1980s bilang isang pagmamay-ari na protocol ng komunikasyon upang matugunan ang mga depekto sa umiiral na 4-20mA na komunikasyon na proteksyon, na maaari lamang magpadala ng isang parameter o sinusukat na halaga. Sa HART, ang mga pagsisikap sa automation ng Industrial ay maaaring makamit ang mga bi-directional na komunikasyon na naayos ang mga drawbacks ng 4-20mA, ngunit napanatili rin ang mga imprastraktura nito dahil ang HART Protocol ay maaaring magpadala ng mga digital signal sa pamamagitan ng pag-superimpose nito sa mga analog signal nang walang pagbaluktot o pagkagambala.

Ang epekto ng nasa itaas ay ang paglikha ng dalawang sabay na mga channel ng komunikasyon: ang 4-20mA analog signal at isang digital signal. Ang kombinasyong ito kung bakit ang protokol ay tinukoy bilang isang Hybrid Protocol. Ang mga karaniwang application tulad ng mga aparato ng instrumento ay maaaring gumamit ng 4-20mA signal upang maipadala ang pangunahing sinusukat na halaga, at gamitin ang superimposed digital signal upang magpadala ng impormasyon.

Ang suporta para sa 4-20mA batay sa mga aparato ay nangangahulugang ang mga kumpanya ay maaaring magpatuloy sa paggamit ng kanilang legacy hardware. Ito, kasama ang protokol na nagiging "Bukas", ay nagtulak sa mga antas ng pag-aampon ng protokol na mataas, hanggang sa ito ay naging standard na de-facto sa industriya.

Paggawa ng HART Communication Protocol

Ang HART Communication ay nangyayari sa pagitan ng dalawang mga aparato na pinagana ng HART, karaniwang isang matalinong aparato sa patlang at isang sistema ng kontrol o pagsubaybay. Tulad ng inilarawan nang mas maaga, ang mga aparato batay sa protocol ay nagpapadala ng analog signal gamit ang umiiral na 4-20mA na diskarte, at mga digital signal sa pamamagitan ng superposing ng signal (bilang isang alternating kasalukuyang signal) sa 4-20mA analog signal, gamit ang Bell 202 Frequency Shift Keying (Pamantayan ng FSK).

Ang pamamaraang FSK ay nagsasangkot ng superposing ng sinewaves ng dalawang dalas, karaniwang 1200Hz at 2200Hz, na kumakatawan sa mga piraso (1 at 0 ayon sa pagkakabanggit) ng data na naipadala. Tinitiyak ng paggamit ng FSK na ang average na halaga ng dalawang frequency ay palaging zero, tinitiyak na ang analog signal ay hindi apektado ng digital signal.

Mga Mode ng Pag-configure ng Network

Upang matugunan ang mga pangangailangan ng iba't ibang mga application, ang mga aparato sa ilalim ng HART Protocol ay maaaring mai-configure upang mapatakbo sa dalawang pangunahing mga mode;

Point-to-Point Mode
Multi-Drop Mode

1. Point-to-Point Network Mode

Sa mode na point-to-point ang mga digital na signal ay naka-overlay sa kasalukuyang 4-20 mA loop sa isang paraan na ang parehong 4-20 mA kasalukuyang at ang digital signal ay maaaring magamit sa paghahatid ng mga mensahe sa pagitan ng master at ng alipin. Kinakatawan nito ang tipikal na aplikasyon ng protokol, na may pangalawang mga variable at data, na maaaring magamit para sa pagsubaybay, pagpapanatili, at mga layuning diagnostic, na ipinagpapalit sa mga digital signal habang ang mga signal ng control ay ipinadala sa kalahating analog na protokol. Ang isang paglalarawan ng pagsasaayos ng Point-to-Point Network ay ibinigay sa imahe sa ibaba.

2. Multi-Drop Network Mode

Ang mode ng pag-configure ng Multi-Drop network ay nagbibigay-daan sa maraming mga aparato upang maiugnay sa parehong pares ng mga wire sa isang paraan na katulad ng mga address batay sa mga protokol tulad ng i2c. Ang komunikasyon sa multi-drop mode ay buong digital bilang komunikasyon sa pamamagitan ng kasalukuyang analog loop ay hindi pinagana dahil ang kasalukuyang sa bawat isa sa mga aparato ay naayos sa isang minimum na halaga na sapat lamang para sa pagpapatakbo ng aparato (karaniwang 4mA). Ang mga pag-configure ng multi-drop na network ay karaniwang ginagamit sa mga aplikasyon ng kontrol ng pangangasiwa na malawak na spaced tulad ng sa mga farm ng tank at pipelines. Ang pagsasaayos ng Multi-Drop network ay isinalarawan sa imahe sa ibaba.

Mga Mode ng Komunikasyon

Pangkalahatan, para sa mga komunikasyon sa ilalim ng HART Protocol, isang aparato sa network, karaniwang isang ipinamamahagi na control system o PLC, ay kinakailangan na italaga bilang Master habang ang iba pang (mga) aparato sa larangan tulad ng mga sensor o actuator, ay itinalaga bilang mga alipin.

Gayunpaman, ang paraan kung saan nakikipag-usap ang mga alipin sa master ay nakasalalay sa mode ng komunikasyon kung saan naka-configure ang network. Ang isang network ng mga aparato na tumutugma sa HART na proteksyon ay maaaring i-set up upang makipag-usap sa dalawang mga mode, lalo;

Mode ng komunikasyon ng Hiling-Tugon
Burst Mode

1. Mode ng Komunikasyon ng Hiling-Tugon

Sa mode ng Pakikipag-usap na Hiling-Tugon, ang mga aparato ng alipin ay nagpapadala lamang ng impormasyon kapag ang isang kahilingan ay inisyu ng Master device. Habang ang mode na ito ay may mga dehado lalo na ang nabawasang bilis ng komunikasyon (2-3 mga pag-update ng data bawat segundo), nakakatulong itong panatilihing simple ang protokol, at epektibo, madaling ipatupad.

2. Burst Mode

Upang magkaroon ng puwang para sa pagkakaiba-iba sa mga kinakailangan sa aplikasyon, ang protocol ay may isa pang mode ng komunikasyon na tinatawag na "Burst" Mode. Sa mode na ito, ang mga aparato ng alipin ay maaaring magpadala ng isang solong impormasyon, patuloy, nang hindi nangangailangan ng paulit-ulit na mga kahilingan mula sa master. Nag-aalok ang mode na ito ng isang mas mabilis na bilis ng komunikasyon na may hanggang sa 3-4 na mga update bawat segundo, at karaniwang ginagamit ito sa mga sitwasyon kung saan higit sa isang aparato ng HART ang kinakailangan upang makinig sa komunikasyon mula sa HART Loop.

Upang pahintulutan ang panlabas na pagsubaybay, ninanais para sa karamihan ng mga pang-industriya na aplikasyon, ang parehong mode ng komunikasyon ay sumusuporta hanggang sa dalawang master na tinukoy bilang pangunahin at pangalawa. Ang Pangunahing master, tulad ng nakalarawan sa imahe sa itaas, ay karaniwang pangunahing sistema ng kontrol / pagsubaybay habang ang pangalawang master ay karaniwang isang aparato tulad ng mga handheld terminal aka HART Communicator, na konektado lamang sa HART loop para sa isang maikling panahon.

Benepisyo

Ang ilan sa mga pakinabang ng HART na protokol kaysa sa iba pa sa klase nito ay may kasamang;

1. Dalawang-daan na komunikasyon

Ang paggamit ng isang 4-20mA analog signal, halimbawa, ay nagbibigay-daan sa daloy ng impormasyon sa isang direksyon lamang (Transmitter sa tatanggap). Sa Komunikasyon ng HART, ang data ay maaaring maglakbay sa parehong direksyon.

2. Mga Bagong Uri ng Impormasyon

Pinapayagan ng tradisyunal na mga channel ng komunikasyon tulad ng 4-20mA ang komunikasyon ng isang solong variable ng proseso na walang silid para sa pagpapatunay, ngunit Sa HART, makakakuha ka ng hanggang sa 40 karagdagang karagdagang impormasyon kasama ang variable ng proseso.

Ang ilang mga halimbawa ng karagdagang impormasyon na maaaring makuha mula sa HART-based na aparato ay kasama;

Katayuan ng Device at Mga Alerto sa Diagnostic
Mga Variable at Yunit ng Proseso
Loop Kasalukuyan at% Saklaw
Pangunahing Mga Parameter ng Pag-configure
Tagagawa ng Tagagawa at Device

Gamit ang isang kumbinasyon ng labis na impormasyon na ito, ang mga aparato ng HART ay maaaring mag-ulat ng sarili ng mga isyu sa kanilang pagsasaayos o pagpapatakbo sa master / host na aparato. Nakakatulong ito na mabawasan ang pangangailangan para sa mga regular na pagsusuri at maaaring maging napaka kapaki-pakinabang para sa mahuhulaan na pagpapanatili.

3. Mga Multivariable na Device

Sa digital mode, ang isang solong pares ng mga wire ay maaaring hawakan ang maraming mga variable. Halimbawa, ang isang transmiter ay maaaring hawakan ang mga input mula sa maraming mga sensor

4. Kalayaan ng Nagbebenta

Lahat ng nauugnay sa HART ay ipinasa ni Emerson sa HART Communication Foundation, dahil ang mga pamantayan ay bukas at hindi tukoy sa isang vendor. Nangangahulugan ito na walang panganib na ma-lock sa isang limitadong partikular sa vendor o panrehiyong "pamantayan."

5. Lawak ng Suplay

Ang HART ay kasalukuyang itinuturing bilang ang pinaka malawak na sinusuportahang protokol para sa industriya ng proseso sa buong salita. Napakapopular nito na ang posibilidad ng isang pang-industriya na aparato na pagiging HART Compatible ay halos 1.

6. Kakayahang makipag-ugnay

Ang mga aparatong sumusunod sa HART at mga system ng host ay maaaring gumana nang walang kinalaman sa vendor, mga modelo, at iba pang mga isyu sa pagiging tugma / magkakaugnay na sumasalot sa mga network. Kahit na ang mga aparato ng host na hindi dinisenyo upang hawakan ang digital na impormasyon mula sa isang HART aparato ay magkakaroon pa rin ng ilang antas ng interoperability sa mga komunikasyon sa pamamagitan ng 4-20 mA analog signal.

WirelessHART

Ang HART Protocol ay umunlad sa mga nakaraang taon na may mga pagsulong sa teknolohiya at nadagdagan ang pagiging sopistikado ng mga kaso ng paggamit. Ang isa sa mga kamakailang produkto ng ebolusyon nito ay isang bagong teknolohiya na tinatawag na WirelessHART, na nag-aalok ng ganap na bagong mga posibilidad na may wireless na paghahatid ng Impormasyon sa HART.

Ito ang unang standardized (IEC62591) wireless na komunikasyon na protocol sa larangan ng proseso ng awtomatiko. Hindi tulad ng Regular HART Protocol, ito, sa yugtong ito, sinusuportahan lamang ang komunikasyon sa digital signal dahil ang analog na komunikasyon ay hindi ibinigay dahil walang koneksyon cable ang ginamit.

Sa kasalukuyan, mayroong dalawang magkakaibang mga WirelessHART Solusyon kabilang ang;

Isang WirelessHART Adapter para sa pagpapahusay ng mayroon nang Mga HART Device
Isang self-Powered WirelessHART Transmitter.

Maaaring gamitin ang WirelessHART sa mayroon nang mga wired instrument upang makolekta ang napakaraming impormasyon na dati nang maiiwan sa instrumento, at nagbibigay din para sa isang mabisa, simple, at maaasahang paraan upang mag-deploy ng mga bagong puntos ng pagsukat at kontrol nang walang mga gastos sa mga kable.