Protokol HART : Seni Bina, Kerja & Aplikasinya

Pada masa ini dalam automasi industri , pelbagai jenis peranti medan pintar digunakan tetapi memantau setiap peranti adalah sangat sukar dalam industri oleh pihak berkuasa atau jurutera lapangan. Jadi secara amnya, pemantauan jenis ini dicapai dengan peranti pintar, yang membolehkan pemindahan data antara peranti bersambung yang berbeza di dalam dan di luar industri kepada sistem pemantauan utama. Jadi, protokol HART telah diperkenalkan pada tahun 1980 dan dibina berdasarkan piawaian Bell 202. Protokol ini telah menjadi standard industri, jadi digunakan dalam automasi industri. Jadi, artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan tentang Protokol HART – bekerja dengan aplikasi.

Apakah itu Protokol HART?

Istilah HART dalam protokol HART bermaksud 'Transduser Jauh Beralamat Lebuhraya' yang merupakan protokol standard terbuka yang digunakan di seluruh dunia untuk menghantar & menerima data digital dengan pendawaian analog di antara peranti pintar & sistem kawalan . Protokol ini sangat popular, jadi melebihi 30 juta peranti di seluruh dunia dikuasakan dengan protokol HART. Protokol ini digunakan untuk mewujudkan komunikasi antara sistem hos serta peranti medan pintar dalam industri.

Protokol HART mendapat lebih populariti kerana keupayaannya untuk menyokong protokol analog berasaskan 4-20 mA yang lebih lama, sambil menyertakan kelebihan utama instrumentasi pintar digital.
Protokol ini menerangkan teknologi sambungan fizikal dan juga arahan yang digunakan oleh aplikasi yang berbeza. Perintah Hart ialah tiga jenis Universal, Amalan Biasa & Khusus Peranti.
Arahan jenis universal dilaksanakan melalui semua peranti HART. Arahan ini digunakan terutamanya oleh pengawal untuk mengenal pasti peranti medan serta membaca data proses.

Perintah jenis Amalan Biasa digunakan untuk menerangkan fungsi berbeza yang biasanya digunakan untuk peranti medan sahaja. Peranti ini termasuk arahan untuk menukar julat, memilih unit kejuruteraan & melaksanakan ujian kendiri.

Perintah jenis khusus peranti tidak sama untuk setiap peranti. Arahan ini melaksanakan konfigurasi unik & fungsi pengubahsuaian. Jadi, adalah sangat penting untuk diperhatikan bahawa apabila peranti daripada pelbagai pengeluar melaksanakan fungsi yang sama secara luaran. Sebagai contoh, pengukuran tekanan pembezaan mungkin termasuk perkakasan yang berbeza sepenuhnya dan juga set arahan khusus peranti yang berbeza.

Senibina Protokol HART

Protokol HART beroperasi dalam dua konfigurasi rangkaian seperti titik ke titik dan berbilang titik yang dibincangkan di bawah.

Konfigurasi Rangkaian Titik ke Titik

Dalam konfigurasi rangkaian titik ke titik, untuk menyampaikan pembolehubah proses tunggal, isyarat 4–20 mA tetap digunakan manakala pembolehubah proses tambahan, dan parameter reka bentuk dihantar secara digital dengan protokol HART. Jadi, isyarat analog 4–20 mA tidak diubah oleh isyarat HART & boleh digunakan dengan cara biasa. Isyarat digital komunikasi HART memberikan hak kemasukan kepada pembolehubah sekunder & data lain boleh digunakan untuk tujuan penyelenggaraan, pentauliahan, operasi & diagnostik.

Konfigurasi Rangkaian Berbilang Drop

Konfigurasi rangkaian ini membolehkan pelbagai peranti disambungkan dengan sepasang wayar tunggal. Komunikasi dalam konfigurasi ini adalah digital sepenuhnya kerana komunikasi sepanjang arus gelung analog dilumpuhkan kerana arus di seluruh setiap peranti ditetapkan pada nilai minimum yang mencukupi untuk operasi peranti biasanya 4mA.

Bagaimana Komunikasi HART Berfungsi?

Protokol komunikasi HART menggunakan piawaian Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) untuk menindih isyarat digital yang diwakili dengan dua frekuensi berbeza seperti 1,200 Hz & 2,200 Hz. Di sini, frekuensi 1,200 Hz mewakili bit 1 manakala frekuensi 2,200 Hz mewakili bit 0 secara sepadan.

Apabila gelombang sinus dengan frekuensi ini diletakkan di atas kabel isyarat analog DC maka pemindahan data berlaku. Jadi, semasa pemindahan data ini, isyarat 4-20 mA tidak terjejas disebabkan oleh nilai standard bagi isyarat kekunci anjakan frekuensi bersamaan dengan sifar. Protokol ini menyokong pada satu masa dua saluran komunikasi seperti isyarat analog 4-20 mA & isyarat digital.

Isyarat analog menyampaikan nilai terukur utama dengan gelung arus 4-20mA manakala data peranti tambahan disampaikan melalui isyarat digital yang ditindih pada isyarat analog.
Isyarat digital termasuk maklumat peranti seperti keadaan peranti, diagnostik, nilai yang dikira, dsb. Jadi secara bersama, kedua-dua saluran komunikasi menawarkan penyelesaian komunikasi yang sangat mantap & kos rendah yang sangat mudah untuk digunakan & dikonfigurasikan. Protokol ini sering dipanggil protokol hibrid kerana ia menggabungkan kedua-dua komunikasi analog & digital.

Teknologi HART dibezakan sebagai protokol induk/hamba kerana peranti hamba hanya berfungsi sebaik sahaja peranti induk disambungkan kepadanya. Di sini, peranti hamba ialah peranti pintar, dan peranti induk ialah komputer.

Mod Protokol HART

Secara amnya, untuk komunikasi dalam Protokol HART, peranti yang digunakan dalam rangkaian ialah PLC atau sistem kawalan teragih yang dipilih sebagai Master manakala peranti medan lain dianggap sebagai hamba seperti penderia atau penggerak. Tetapi di sini komunikasi antara tuan dan hamba terutamanya bergantung pada cara komunikasi yang mana sistem itu diatur. Rangkaian protokol HART berkomunikasi dalam dua mod seperti mod induk/hamba dan mod pecah.

Mod Tuan/Hamba

Mod ini juga dikenali sebagai mod permintaan-tindak balas. Dalam mod jenis ini, peranti hamba hanya menghantar data sebaik sahaja permintaan daripada peranti Master dikeluarkan. Untuk setiap gelung HART, dua induk boleh disambungkan. Jadi induk utama biasanya DCS (sistem kawalan teragih), PC (komputer peribadi), atau PLC (pengawal logik boleh atur cara) manakala induk sekunder ialah PC lain atau terminal pegang tangan. Peranti hamba ialah penggerak, pengawal dan pemancar yang bertindak balas kepada arahan daripada peranti induk.

Mod Letusan

Sesetengah peranti yang didayakan protokol HART hanya menyokong mod komunikasi ini. Mod ini membolehkan komunikasi lebih pantas seperti tiga hingga empat kemas kini data untuk setiap saat. Peranti induk dalam mod ini mengarahkan peranti hamba untuk menghantar mesej balasan HART biasa secara berterusan. Tuan mendapat mesej pada kelajuan tinggi sehingga ia mengarahkan hamba berhenti pecah. Mod ini boleh digunakan di mana satu peranti HART di atas diperlukan untuk berkomunikasi daripada Gelung HART.

Protokol HART Vs Modbus

Perbezaan antara protokol HART dan Modbus termasuk yang berikut.

Kelebihan

The kelebihan protokol HART termasuk yang berikut.

• Peranti yang didayakan oleh protokol HART hanya membenarkan pengguna menjadikan peranti menggunakan data terbaik untuk mengoptimumkan kebolehan operasi mereka.
• Ia mengurangkan masa henti kerana kegagalan peralatan dengan mengenali potensi masalah sebelum ia berlaku.
• Ia mengurangkan kos inventori dan penyelenggaraan peranti.
• Ia mengurangkan masa menunggu untuk pengecaman masalah & penyelesaian masalah.
• Ia meningkatkan tahap integriti keselamatan dengan menggunakan diagnostik lanjutan.
• Faedah memilih protokol HART terutamanya termasuk; keupayaan digital, keupayaan analog, ketersediaan & kebolehoperasian.
• Protokol ini juga boleh digunakan dengan peranti dan penderia yang berbeza.
• Peranti berasaskan protokol HART diterima secara meluas dalam industri.
• Protokol ini meningkatkan ketersediaan sistem, keteraturan kemajuan, dsb.

Keburukan

The keburukan protokol HART termasuk yang berikut.

• Isyarat digital dalam penghantaran HART agak perlahan.
• Untuk susunan berbilang drop, isyarat analog tidak boleh diakses & no. peranti yang boleh membelah talian penghantaran adalah terhad.
• Ia boleh memantau satu pembolehubah proses sahaja pada bila-bila masa.
• Jenis protokol ini agak perlahan berbanding dengan sistem Fieldbus lain seperti Profibus & Foundation Fieldbus. Jadi masa tindak balas yang perlahan ini menyebabkan beberapa kesukaran dalam beberapa aplikasi berasaskan industri.
• Secara amnya, kelajuan protokol HART adalah mencukupi untuk sistem pemantauan mudah di mana pembolehubah proses tidak berubah dengan cepat.

Aplikasi

The aplikasi protokol HART termasuk yang berikut.

• Protokol HART digunakan di seluruh dunia untuk menghantar & menerima data digital dengan pendawaian analog di antara peranti pintar & sistem kawalan.
• Ini adalah protokol yang sangat popular yang digunakan dalam automasi industri.
• Protokol ini terutamanya untuk menganalisis peranti pintar.
• Ini digunakan secara meluas dalam sistem proses & instrumentasi.
• Protokol komunikasi jenis ini sesuai untuk instrumen berbilang pembolehubah yang termasuk meter aliran jisim di mana sahaja aliran isipadu, aliran jisim, ketumpatan dan suhu boleh dikomunikasikan ke arah sistem kawalan melalui satu kabel.
• Protokol ini direka bentuk terutamanya untuk digunakan dalam aplikasi kawalan dan pengukuran proses industri.
• Protokol HART digunakan terutamanya dalam industri proses untuk komunikasi antara peranti yang berbeza.

Oleh itu, ini adalah operasi protokol HART . Protokol ini ialah standard global yang digunakan untuk menghantar & menerima data digital merentas wayar analog di antara peranti medan pintar serta sistem pemantauan atau kawalan seperti sistem DCS & PLC. Protokol komunikasi dua hala ini hanya menyediakan hak kemasukan ke data tambahan antara medan & pengawal hos daripada peranti pegang tangan kepada sistem pengurusan aset atau pengawal loji. Berikut ialah soalan: Apakah bentuk penuh protokol HART?