HART Protocol : Arkitektura, Paggawa at Mga Aplikasyon Nito

Sa kasalukuyan sa automation ng industriya , iba't ibang uri ng smart field device ang ginagamit ngunit ang pagsubaybay sa bawat device ay napakahirap sa loob ng industriya ng mga awtoridad o field engineer. Kaya sa pangkalahatan, ang ganitong uri ng pagsubaybay ay nakakamit gamit ang mga smart device, na nagbibigay-daan sa paglipat ng data sa pagitan ng iba't ibang konektadong device sa loob at labas ng industriya patungo sa pangunahing sistema ng pagsubaybay. Kaya, ang HART protocol ay ipinakilala noong 1980 at binuo sa mga pamantayan ng Bell 202. Ang protocol na ito ay naging pamantayan sa industriya, kaya ginagamit sa automation ng industriya. Kaya, tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng protocol ng HART – nagtatrabaho sa mga aplikasyon.

Ano ang HART Protocol?

Ang terminong HART sa HART protocol ay nangangahulugang 'Highway Addressable Remote Transducer' na isang open standard protocol na ginagamit sa buong mundo para magpadala at tumanggap ng digital data na may analog wiring sa pagitan ng mga smart device at mga sistema ng kontrol . Napakasikat ng protocol na ito, kaya mahigit 30 milyong device sa buong mundo ang pinapagana ng HART protocol. Ginagamit ang protocol na ito upang magtatag ng komunikasyon sa mga host system pati na rin ang mga smart field device sa mga industriya.

Ang HART protocol ay nakakuha ng higit na katanyagan dahil sa kakayahan nitong suportahan ang mas lumang 4-20 mA based na analog protocol, habang kasama ang mga pangunahing bentahe ng digital smart instrumentation.
Inilalarawan ng protocol na ito ang teknolohiya ng pisikal na koneksyon at pati na rin ang mga utos na ginagamit ng iba't ibang mga application. Ang mga utos ng Hart ay tatlong uri ng Universal, Common Practice at Device Specific.
Ang mga universal-type na command ay ipinapatupad sa lahat ng HART device. Ang mga command na ito ay pangunahing ginagamit ng isang controller para sa pagtukoy ng isang field device pati na rin sa pagbabasa ng data ng proseso.

Ginagamit ang mga command na uri ng Common Practice para ilarawan ang iba't ibang function na karaniwang naaangkop lang sa mga field device. Kasama sa mga device na ito ang mga command para sa pagpapalit ng range, pagpili ng mga yunit ng engineering, at pagsasagawa ng mga self-test.

Ang mga command sa uri na partikular sa device ay hindi pareho para sa bawat device. Ang mga utos na ito ay nagpapatupad ng natatanging configuration at mga function ng pagbabago. Kaya, napakahalagang tandaan na kapag ang mga device mula sa iba't ibang mga tagagawa ay nagpapatupad ng katulad na pag-andar sa labas. Halimbawa, ang pagsukat ng differential pressure ay maaaring magsama ng ganap na iba't ibang hardware at iba't ibang set ng command na partikular sa device.

Arkitektura ng Protokol ng HART

Ang HART protocol ay gumagana sa dalawang network configuration tulad ng point to point at multi-point na tinatalakay sa ibaba.

Point to Point Network Configuration

Sa point-to-point na configuration ng network, para sa pakikipag-usap sa isang variable ng proseso, ang nakapirming 4-20 mA na signal ay ginagamit samantalang ang mga karagdagang variable ng proseso, at ang mga parameter ng disenyo ay digital na ipinapadala gamit ang HART protocol. Kaya, ang 4–20 mA analog signal ay hindi binago ng HART signal at maaaring magamit sa normal na paraan. Ang HART communication digital signal ay nagbibigay ng karapatan sa pagpasok sa mga pangalawang variable at iba pang data na maaaring magamit para sa pagpapanatili, pag-commissioning, pagpapatakbo at diagnostic na layunin.

Multi Drop Network Configuration

Ang pagsasaayos ng network na ito ay nagbibigay-daan sa iba't ibang mga aparato na konektado sa isang pares ng mga wire. Ang komunikasyon sa loob ng configuration na ito ay ganap na digital dahil ang komunikasyon sa buong analog loop current ay hindi pinagana dahil ang kasalukuyang sa bawat device ay naayos sa isang minimum na sapat na halaga para sa pagpapatakbo ng device na karaniwang 4mA.

Paano Gumagana ang HART Communication?

Ang protocol ng komunikasyon ng HART ay gumagamit ng pamantayan ng Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) upang i-superimpose ang mga digital na signal na kinakatawan ng dalawang magkaibang frequency tulad ng 1,200 Hz at 2,200 Hz. Dito, ang 1,200 Hz frequency ay kumakatawan sa bit 1 samantalang ang 2,200 Hz frequency ay kumakatawan sa bit 0 nang naaayon.

Kapag ang mga sine wave na may mga frequency na ito ay inilagay sa mga DC analog signal cable pagkatapos ay nangyayari ang paglilipat ng data. Kaya, sa panahon ng paglilipat ng data na ito, ang 4-20 mA signal ay hindi apektado dahil sa karaniwang halaga ng isang frequency shift keying signal na katumbas ng zero. Sinusuportahan ng protocol na ito ang dalawang channel ng komunikasyon tulad ng 4-20 mA analog signal at digital signal.

Ipinaparating ng analog signal ang pangunahing sinusukat na halaga sa kasalukuyang loop na 4-20mA samantalang ang karagdagang data ng device ay ipinapaalam sa pamamagitan ng digital signal na naka-overlay sa analog signal.
Kasama sa digital signal ang impormasyon ng device tulad ng kundisyon ng device, diagnostics, mga kalkuladong value, atbp. Kaya magkasama, nag-aalok ang dalawang channel ng komunikasyon ng napakahusay at murang solusyon sa komunikasyon na napakasimpleng gamitin at i-configure. Ang protocol na ito ay madalas na tinatawag na hybrid protocol dahil pinagsasama nito ang parehong analog at digital na komunikasyon.

Naiiba ang teknolohiya ng HART bilang master/slave protocol dahil gagana lang ang slave device kapag nakakonekta dito ang master device. Dito, ang slave device ay isang smart device, at ang master device ay isang computer.

Mga mode ng HART Protocol

Sa pangkalahatan, para sa komunikasyon sa loob ng HART Protocol, ang device na ginagamit sa loob ng network ay PLC o distributed control system na pinili bilang Master samantalang ang ibang field na device ay itinuturing na mga alipin tulad ng mga sensor o actuator. Ngunit dito ang komunikasyon sa pagitan ng master at alipin higit sa lahat ay nakasalalay sa paraan ng komunikasyon kung saan nakaayos ang sistema. Ang HART protocol network ay nakikipag-usap sa dalawang mode tulad ng master/slave mode at burst mode.

Master/Slave Mode

Ang mode na ito ay kilala rin bilang mode ng kahilingan-tugon. Sa ganitong uri ng mode, ang mga slave device ay nagpapadala lamang ng data sa sandaling maibigay ang isang kahilingan mula sa Master device. Para sa bawat HART loop, dalawang master ay maaaring konektado. Kaya ang pangunahing master ay karaniwang isang DCS (distributed control system), PC (personal computer), o PLC (programmable logic controller) samantalang ang pangalawang master ay isa pang PC o isang handheld terminal. Ang mga slave device ay mga actuator, controller, at transmitter na tumutugon sa mga command mula sa mga master device.

Burst Mode

Sinusuportahan lang ng ilang HART protocol-enabled device ang communication mode na ito. Ang mode na ito ay nagbibigay-daan sa mas mabilis na komunikasyon tulad ng tatlo hanggang apat na pag-update ng data para sa bawat segundo. Ang master device sa mode na ito ay nagtuturo sa slave device na patuloy na magpadala ng karaniwang HART reply message. Nakuha ng master ang mensahe nang napakabilis hanggang sa utusan nito ang alipin na huminto sa pagsabog. Naaangkop ang mode na ito kung saan ang nasa itaas ng isang HART device ay kinakailangan upang makipag-ugnayan mula sa HART Loop.

HART Protocol vs Modbus

Ang pagkakaiba sa pagitan ng HART protocol at Modbus ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

Mga kalamangan

Ang mga pakinabang ng HART protocol isama ang mga sumusunod.

• Ang mga device na pinagana ng HART protocol ay nagbibigay-daan lamang sa mga user na gamitin ang device ng pinakamahusay na data para sa pag-optimize ng kanilang mga kakayahan sa pagpapatakbo.
• Binabawasan nito ang mga downtime dahil sa pagkabigo ng kagamitan sa pamamagitan ng pagkilala sa mga potensyal na problema bago mangyari ang mga ito.
• Binabawasan nito ang mga gastos sa imbentaryo at pagpapanatili ng mga device.
• Binabawasan nito ang mga oras ng paghihintay para sa pagkilala ng problema at paglutas ng problema.
• Pinahuhusay nito ang mga antas ng integridad ng kaligtasan sa pamamagitan ng paggamit ng mga advanced na diagnostic.
• Ang mga benepisyo ng pagpili ng HART protocol ay pangunahing kasama; digital capability, analog capability, availability at interoperability.
• Ang protocol na ito ay maaari ding gamitin sa iba't ibang device at sensor.
• Ang mga device na nakabatay sa protocol ng HART ay malawakang tinatanggap sa mga industriya.
• Pinapataas ng protocol na ito ang availability ng system, regular na pag-unlad, atbp.

Mga disadvantages

Ang disadvantages ng HART protocol isama ang mga sumusunod.

• Ang digital signal sa loob ng HART transmission ay medyo mabagal.
• Para sa isang multi-drop arrangement, ang analog signal ay hindi naa-access at ang no. ang mga device na maaaring hatiin ang transmission line ay pinaghihigpitan.
• Maaari lamang nitong subaybayan ang isang variable ng proseso anumang oras.
• Ang ganitong uri ng protocol ay medyo mabagal kumpara sa ibang mga sistema ng Fieldbus gaya ng Profibus at Foundation Fieldbus. Kaya't ang mabagal na oras ng pagtugon na ito ay nagdudulot ng ilang mga paghihirap sa loob ng ilang mga application na nakabatay sa industriya.
• Sa pangkalahatan, ang bilis ng protocol ng HART ay sapat para sa mga simpleng sistema ng pagsubaybay saanman ang mga variable ng proseso ay hindi mabilis na nag-iiba.

Mga aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng HART protocol isama ang mga sumusunod.

• Ang HART protocol ay ginagamit sa buong mundo para magpadala at tumanggap ng digital data na may analog wiring sa pagitan ng mga smart device at control system.
• Ito ay isang napaka-tanyag na protocol na ginagamit sa industriyal na automation.
• Ang protocol na ito ay pangunahing para sa pagsusuri ng mga smart device.
• Ito ay malawakang ginagamit sa mga sistema ng proseso at instrumentasyon.
• Ang ganitong uri ng protocol ng komunikasyon ay mainam para sa mga multivariable na instrumento na kinabibilangan ng mass flow meter kung saan man maiparating ang volumetric flow, mass flow, density, at temperatura patungo sa control system sa isang cable.
• Ang protocol na ito ay pangunahing idinisenyo upang gamitin sa pang-industriya na proseso ng kontrol at mga aplikasyon ng pagsukat.
• Ang HART protocol ay pangunahing ginagamit sa mga industriya ng proseso para sa komunikasyon sa pagitan ng iba't ibang device.

Kaya, ito ay isang pagpapatakbo ng HART protocol . Ang protocol na ito ay ang pandaigdigang pamantayan na ginagamit para sa pagpapadala at pagtanggap ng digital na data sa mga analog na wire sa pagitan ng mga smart field na device pati na rin ng mga monitoring o control system gaya ng mga DCS at PLC system. Ang bidirectional communication protocol na ito ay nagbibigay lang ng karapatan sa pagpasok sa karagdagang data sa pagitan ng field at ng host controller mula sa isang handheld device hanggang sa isang asset management system o plant controller. Narito ang isang tanong: Ano ang buong anyo ng protocol ng HART?