Ievads hart - šosejas adresējamā attālā devēja sakaru protokolā

Ieguvumi no divu mašīnu (vai to sastāvdaļu) sarunāšanas savā starpā ir bijuši acīmredzami rūpnieciskās automatizācijas un vadības ekspertiem, pirms lietu internets (IoT) kļuva par galveno. Vērtības temperatūras sensorā kloķvārpstas centrā, kas nosūta mērījumus, lai kontrolētu motora piedziņas releju utt., Bija skaidras, un viens no komunikācijas protokoliem, ko izmantoja, lai to panāktu, bija HART protokols.

Tā kā visā pasaulē ir instalēti vairāk nekā 30 miljoni uz tā balstītu ierīču, HART protokols tiek uzskatīts par populārāko protokolu rūpnieciskajā automatizācijā, un šodienas raksts sniegs pārskatu par to, kas to padara tik īpašu. Mēs izskatīsim tā funkcijas, lietojumprogrammas un uzlabotās versijas, piemēram, WirelessHART.

Pārskats

Highway Addressable Remote Transducer (HART) protokols ir viens no populārākajiem atvērtās komunikācijas protokoliem, ko izmanto rūpnieciskajā automatizācijā, lai nosūtītu un saņemtu digitālu informāciju, izmantojot analogo vadu starp viedierīcēm un vadības sistēmām. Šis protokols ir sērijveida sakaru protokola, piemēram, RS485, uzlabojums un notikums, kuru populāri izmanto arī nozarēs.

Emersons to izstrādāja 1980. gados kā patentētu komunikācijas protokolu, lai novērstu esošā 4-20mA sakaru protokola defektus , kas varēja pārsūtīt tikai vienu parametru vai izmērīto vērtību. Izmantojot HART, rūpnieciskās automatizācijas centieni varētu panākt divvirzienu sakarus, kas novērš 4-20mA trūkumus, bet arī saglabā infrastruktūru, jo HART protokols var nosūtīt digitālos signālus, uzliekot tos analogajiem signāliem bez traucējumiem un traucējumiem.

Iepriekšminētā ietekme ir divu vienlaicīgu sakaru kanālu izveide: 4-20 mA analogais signāls un digitālais signāls. Šī kombinācija ir iemesls, kāpēc protokols tiek saukts par hibrīda protokolu. Tipiskās lietojumprogrammas, piemēram, instrumentu ierīces, varētu izmantot 4-20 mA signālu, lai nosūtītu primāro izmērīto vērtību, un informācijas nosūtīšanai varētu izmantot uzlikto digitālo signālu.

Atbalsts 4-20mA balstītām ierīcēm nozīmēja, ka uzņēmumi varēja turpināt izmantot savu mantoto aparatūru. Tas kopā ar to, ka protokols kļuva “atvērts”, paaugstināja protokola pieņemšanas līmeni, līdz tas kļuva par faktisko nozares standartu

HART sakaru protokola darbība

HART Komunikācija notiek starp divām HART iespējotām ierīcēm, parasti viedā lauka ierīci un vadības vai uzraudzības sistēmu. Kā aprakstīts iepriekš, ierīces, kuru pamatā ir protokols, pārraida analogo signālu, izmantojot esošo 4-20mA pieeju, un digitālos signālus, uzliekot signālu (kā maiņstrāvas signālu) 4-20mA analogajam signālam, izmantojot Bell 202 frekvences maiņas taustiņu (FSK) standarts.

FSK procedūra ietver divu frekvenču, parasti 1200Hz un 2200Hz, sinusviļņu uzlikšanu, kas attēlo nosūtāmo datu bitus (attiecīgi 1 un 0). FSK izmantošana nodrošina, ka abu frekvenču vidējā vērtība vienmēr ir nulle, nodrošinot, ka digitālais signāls neietekmē analogo signālu.

Tīkla konfigurācijas režīmi

Lai apmierinātu dažādu lietojumu vajadzības, HART protokola ierīces var konfigurēt darbam divos galvenajos režīmos;

1. Punkta-punkta režīms
2. Vairāku pilienu režīms

1. Punkta-punkta tīkla režīms

Punkta-punkta režīmā digitālie signāli tiek pārklāti ar 4–20 mA cilpas strāvu tā, lai gan 4–20 mA strāvu, gan digitālo signālu varētu izmantot ziņojumu pārsūtīšanai starp galveno un vergu. Tas ir tipisks protokola pielietojums ar sekundāriem mainīgajiem lielumiem un datiem, kurus var izmantot uzraudzības, apkopes un diagnostikas nolūkos, apmainoties ar ciparu signāliem, bet vadības signāli tiek sūtīti pa protokola analogo pusi. Punkta-punkta tīkla konfigurācijas ilustrācija ir sniegta zemāk esošajā attēlā.

2. Vairāku pilienu tīkla režīms

Vairāku pilienu tīkla konfigurācijas režīms ļauj vienā un tajā pašā vadu pārī savienot vairākas ierīces tādā pašā veidā kā adreses protokoli, piemēram, i2c. Komunikācija vairāku pilienu režīmā ir pilnībā digitāla, jo komunikācija caur analogās cilpas strāvu ir atspējota, jo strāva caur katru ierīci ir fiksēta ar minimālo vērtību, kas ir pietiekama ierīces darbībai (parasti 4mA). Vairāku pilienu tīkla konfigurācijas parasti tiek izmantotas uzraudzības kontroles lietojumprogrammās, kas ir plaši izvietotas, piemēram, cisternās un cauruļvados. Multi-Drop tīkla konfigurācija ir parādīts zemāk attēlā.

Komunikācijas režīmi

Parasti sakariem saskaņā ar HART protokolu viena galvenā tīkla ierīce, parasti izplatīta vadības sistēma vai PLC, ir jānosaka par galveno, savukārt citas (parasti) ierīces, piemēram, sensori vai izpildmehānismi, tiek nozīmētas kā vergi.

Tomēr veids, kādā vergi sazinās ar galveno, ir atkarīgs no sakaru režīma, kuram tīkls ir konfigurēts. HART protokolam atbilstošu ierīču tīklu var izveidot saziņai divos režīmos, proti;

1. Pieprasījuma-atbildes saziņas režīms
2. Sērijas režīms

1. Pieprasījuma-atbildes komunikācijas režīms

Pieprasījuma-atbildes sakaru režīmā vergu ierīces pārraida informāciju tikai tad, kad galveno ierīci izsniedz pieprasījumu. Lai gan šim režīmam ir trūkumi, jo īpaši samazināts saziņas ātrums (2-3 datu atjauninājumi sekundē), tas palīdz saglabāt protokolu vienkāršu, efektīvu un viegli īstenojamu.

2. sērijas režīms

Lai atbrīvotu vietu lietojuma prasību maiņai, protokolam ir cits sakaru režīms, ko sauc par “Burst” režīmu. Šajā režīmā vergu ierīces var nepārtraukti nosūtīt vienu informāciju, bez nepieciešamības atkārtot kapteiņa pieprasījumus. Šis režīms piedāvā ātrāku saziņas ātrumu ar līdz pat 3-4 atjauninājumiem sekundē, un to parasti izmanto scenārijos, kad sakaru klausīšanai no HART cilpa ir vajadzīgas vairāk nekā vienas HART ierīces.

Lai atļautu ārēju uzraudzību, kas nepieciešama lielākajai daļai rūpniecisko lietojumu, abi sakaru režīmi atbalsta līdz diviem galvenajiem un sekundārajiem galvenajiem. Primārais galvenais, kā parādīts iepriekš redzamajā attēlā, parasti ir galvenā vadības / uzraudzības sistēma, savukārt sekundārais galvenais ir ierīce, piemēram, rokas termināli jeb HART Communicator, kas ir savienota ar HART cilpu tikai īsu laiku.

Ieguvumi

Dažas no HART protokola priekšrocībām salīdzinājumā ar citām tās klasē ir:

1. Divvirzienu komunikācija

Piemēram, 4-20mA analogā signāla izmantošana ļauj informācijas plūsmu tikai vienā virzienā (raidītājs uztvērējam). Izmantojot HART Communication, dati var pārvietoties abos virzienos.

2. Jauni informācijas veidi

Tradicionālie komunikācijas kanāli, piemēram, 4-20mA, ļauj sazināties tikai ar vienu procesa mainīgo bez vietas validācijai, taču, izmantojot HART, jūs varat iegūt līdz pat 40 papildu informāciju kopā ar procesa mainīgo.

Daži papildu informācijas piemēri, ko varētu iegūt no HART balstītām ierīcēm;

1. Ierīces statusa un diagnostikas brīdinājumi
2. Procesa mainīgie un vienības
3. Cilpas strāva un% diapazons
4. Pamata konfigurācijas parametri
5. Ražotāja un ierīces tags

Izmantojot šīs papildu informācijas kombināciju, HART ierīces var pats ziņot galvenajai / resursdatorajai ierīcei par konfigurācijas vai darbību problēmām. Tas palīdz samazināt nepieciešamību pēc regulārām pārbaudēm un var būt ļoti noderīgi, lai veiktu paredzamu apkopi.

3. Daudzveidīgas ierīces

Digitālajā režīmā viens vadu pāris var apstrādāt vairākus mainīgos. Piemēram, viens raidītājs varētu apstrādāt ieejas no vairākiem sensoriem

4. Pārdevēja neatkarība

Visu, kas saistīts ar HART, Emersons nodeva HART sakaru fondam, jo ​​šādi standarti ir atvērti un nav raksturīgi vienam pārdevējam. Tas nozīmē, ka nepastāv draudi, ka jūs iekļūsiet ierobežotos pārdevēja specifiskos vai reģionālos "standartos".

5. Piegādes platums

Pašlaik HART tiek uzskatīts par visplašāk atbalstīto protokolu procesu industrijai. Tā ir tik populāra, ka varbūtība, ka rūpnieciska ierīce ir saderīga ar HART, ir gandrīz 1.

6. Savietojamība

HART saderīgas ierīces un resursdatora sistēmas var strādāt kopā neatkarīgi no pārdevēja, modeļiem un citām saderības / savietojamības problēmām, kas traucē tīklus. Pat galvenajām ierīcēm, kas nav paredzētas HART ierīces digitālās informācijas apstrādei, joprojām būs zināma savietojamības pakāpe ar sakariem, izmantojot 4-20 mA analogo signālu.

WirelessHART

HART protokols gadu gaitā ir attīstījies, attīstoties tehnoloģijām un palielinot lietošanas gadījumu sarežģītību. Viens no jaunākajiem tā attīstības produktiem ir jauna tehnoloģija ar nosaukumu WirelessHART, kas piedāvā pilnīgi jaunas iespējas ar HART informācijas bezvadu pārsūtīšanu.

Tas ir pirmais standartizētais (IEC62591) bezvadu sakaru protokols procesu automatizācijas jomā. Atšķirībā no parastā HART protokola, tas šajā posmā atbalsta tikai komunikāciju pa ciparu signālu, jo analogais sakars netiek nodrošināts, jo netiek izmantots savienojuma kabelis.

Pašlaik ir divi dažādi WirelessHART risinājumi, tostarp;

1. WirelessHART adapteris esošo HART ierīču uzlabošanai
2. Pašu darbināms raidītājs WirelessHART.

WirelessHART var izmantot esošajos vadu instrumentos, lai savāktu milzīgo informācijas daudzumu, kas iepriekš bija iestrēdzis instrumentā, kā arī nodrošina rentablu, vienkāršu un uzticamu veidu, kā izvietot jaunus mērīšanas un vadības punktus bez elektroinstalācijas izmaksām.