info@pargaran.com
بازدید کننده محترم، تا اطلاع ثانوی جهت استعلام محصولات وثبت درخواست تنها ازطریق ایمیل با ما در ارتباط باشید
فهرست
پروتکل هارت ( HART ) یک پروتکل ارتباطی است که در این مقاله قصد داریم به بررسی آن بپردازیم،
HART مخفف Highway Addressable Remote Transducer است. این پروتکل باز ترکیبی از ترکیبی از سیگنال های آنالوگ و دیجیتال برای برقراری ارتباط استفاده می کند.
ارتباط HART در حلقه های جریان آنالوگ رخ می دهد.
این بدان معنی است که یک جفت سیم یک سیگنال آنالوگ و همچنین پروتکل ارتباطی HART را حمل می کند.
اکثر سیستم ها از سیگنال آنالوگ برای کنترل فرآیندها و از HART برای راه اندازی دستگاه های میدانی استفاده می کنند.
شرکتی به نام Rosemount HART را به عنوان یک پروتکل اختصاصی توسعه داد.
در سال 1986، به یک پروتکل باز تبدیل شد و امروزه برای پیکربندی و کنترل در سطح جهانی محبوب است
پروتکل ارتباطی HART از استاندارد Bell 202 Frequency Shift Keying (FSK) استفاده می کند.
پروتکل هارت ( HART ) چگونه کار میکند؟
این بدان معناست که پروتکل می تواند سیگنال های دیجیتال را در سطح پایینی در بالای خروجی 4-20 میلی آمپر قرار دهد.
سیگنال آنالوگ در بیشتر موارد متغیر فرآیند اولیه را ارسال می کند و پروتکل HART داده های دستگاه فیلد مانند وضعیت، تشخیص و پیکربندی را ارسال می کند.
سیگنال HART فرکانس را تغییر می دهد و از 1200 هرتز برای نمایش باینری یک و 2200 هرتز برای صفر باینری استفاده می کند. این گرافیک بیشتر به شما نشان می دهد.
برقراری ارتباط از طریق پروتکل آنالوگ یا HART همچنین امکان نمایش داده ها را برای بسیاری از انواع دستگاه های میدانی فراهم می کند.
به عنوان مثال، RIA15 می تواند داده ها را برای بسیاری از انواع دستگاه های میدانی نمایش دهد و از طریق پروتکل آنالوگ یا HART ارتباط برقرار کند.
حالا بیایید در مورد انواع HART که می توانید داشته باشید صحبت کنیم:
در بسیاری از صنایع رایج است، نقطه به نقطه دستگاه میدان یا عنصر کنترل نهایی با استفاده از آنالوگ برای انتقال داده ها یا دستورات فرآیند به سیستم کنترل متصل می شود.
در این سناریو، از پروتکل ارتباطی HART برای راه‌اندازی این دستگاه‌ها یا بررسی عیب‌یابی آنها استفاده می‌کنید.
برای انجام این کار، می توانید از یک دستی یا مالتی پلکسر برای جمع آوری داده ها برای ارسال به یک سیستم مدیریت دستگاه استفاده کنید.
شما همچنین دستگاه های خود را با استفاده از آدرس نظرسنجی صفر پیکربندی خواهید کرد تا امکان مدولاسیون آنالوگ را فراهم کنید.
پروتکل ارتباطی HART بر اساس مفهوم master-slave کار میکند، به این معنی که دستگاه‌های میدانی فقط زمانی داده‌ها را ارسال می‌کنند که یک استاد بخواهد.
با این حال، شبکه اجازه می دهد تا کارشناسی ارشد اولیه و ثانویه.
هنگامی که یک سیستم مدیریت دستگاه دارید که از راه دور به دستگاه های میدانی دسترسی دارد، می توانید از دستگاه دستی خود به عنوان یک استاد ثانویه استفاده کنید.
در نهایت، می‌توانید در یک نصب نقطه‌به‌نقطه، ارتباط ناگهانی داشته باشید.
در اینجا یک برده به طور مداوم پیام های استاندارد HART را ارسال می کند. می توانید در یکی از مقالات دیگر ما در مورد آن بیشتر بخوانید.
شما این نوع را زیاد مشاهده نخواهید کرد، اما می توانید چند برنامه جالب با استفاده از WirelessHART و کنترل کننده های محلی برای جمع آوری داده ها از بسیاری از دستگاه ها در یک شبکه پیدا کنید.
در اینجا دستگاه ها به صورت موازی در یک ترانک متصل می شوند و همه آنها از آدرس های نظرسنجی غیر از صفر استفاده می کنند.
این تنظیمات فقط ارتباط دیجیتالی را با سیگنال آنالوگ ثابت در چهار میلی آمپر ایجاد می کند.
در اینجا آدرس های نظرسنجی بسته به نسخه دستگاه های میدانی شما آمده است:
نسخه های 3، 4، و 5: 1 تا 15
نسخه 6: 1 تا 63
نسخه 7: 0 تا
دستگاه‌های HART دستگاه‌های هوشمندی هستند، به این معنی که می‌توانید با استفاده از پروتکل ارتباطی HART اطلاعات زیادی در مورد دستگاه‌های میدانی خود دریافت کنید.
اگر دستگاه‌های خود را طوری تنظیم کنید که فقط سیگنال آنالوگ را بخوانند، تمام داده‌هایی را که می‌توانند ارسال کنند، دریافت نخواهید کرد. شما باید آنها را برای ارسال داده های دیجیتال نیز تنظیم کنید.
خوشبختانه، یک سیستم HART مدیریت هوشمند دستگاه (IDM) را ارائه می دهد.
در واقع، یک شبکه HART می تواند با ابزار پیکربندی خود، راه اندازی دستگاه را آسان کند.
البته، سیستم کنترل شما باید از سیگنال آنالوگ برای کنترل حلقه های شما استفاده کند
WirelessHART اولین ارتباط بی سیم استاندارد بود که به دستگاه های میدانی اختصاص داده شد.
ارتباطات HART در طول سالها تکامل یافته است. با رشد دیجیتالی شدن، بی سیم به یک راه حل محبوب تبدیل شد و وایرلسHART را به گامی طبیعی در پیشرفت انتقال داده تبدیل کرد.
می‌توانید آداپتورهایی بخرید تا دستگاه‌های فیلد استاندارد HART را به دستگاه‌های وایرلسHART تبدیل کنید.
شما همچنین می توانید دستگاه های بی سیم با آنتن های داخلی را پیدا کنید. این راه حل ها مزایا و معایب جالبی دارند، اما ما باید این موضوع را به مقاله wirelessHART بسپاریم.
فناوری حلقه جریان برای سنسورهای آنالوگ در 4 دهه گذشته تا کنون برای انتقال داده های فرآیند مهم به سیستم کنترل استفاده می شود، خواه آن سیستم یک DCS (سیستم کنترل توزیع شده)،
یک PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی)، یا یک کنترل کننده تک حلقه ای باشد. .
انتقال داده با حلقه جریان ساده و مقرون به صرفه است.
فقط مقدار کمی جریان (دقیق 4 تا 20 میلی آمپر) روی یک جفت سیم برای هر حسگر حلقه جریان مورد نیاز است.
یک منبع تغذیه 2 آمپری و 24 ولتی DC می تواند ده ها سنسور را “درایو” کند.
برای سنسورهای آنالوگ حلقه جریان، کمترین مقدار فرآیند قابل اندازه‌گیری، محدوده پایین‌تر یا LRL نامیده می‌شود.
سنسور آنالوگ در این 0% 4 میلی آمپر خروجی خواهد داشت.
بالاترین مقدار فرآیند قابل اندازه گیری، حد بالای محدوده یا URL نامیده می شود. خروجی سنسور آنالوگ 20 میلی آمپر در این میزان 100 درصد است
بسیاری از سنسورهای آنالوگ، مانند سنسورهای فشار و دما، ارزان هستند و سنسورهای با کیفیت خوب را می توان با قیمت 100 تا 500 دلار آمریکا خریداری کرد.
سنسورهای پیچیده تر جریان، سطح و تحلیلی هزینه بیشتری دارند، اما این حسگرها هنوز تنها به یک جفت سیم نیاز دارند تا به متغیر فرآیند یا متغیر اندازه گیری شده اجازه انتقال به سیستم کنترل را بدهد
یکی دیگر از ویژگی‌های مثبت سنسورها و فرستنده‌های آنالوگ این است که سیگنال را می‌توان در مسافت زیادی در امتداد یک جفت سیم با اتلاف کم یا بدون سیگنال حمل کرد.
سیگنال جریان را می توان تا 1000 متر از طریق سیم های 18 گیج بدون تلفات قابل توجه سیگنال منتقل کرد
در نهایت، سیگنال های حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر سطح پایه ای از تشخیص را ارائه می دهند
از آنجایی که 0٪ برابر با یک سیگنال 4 میلی آمپر است، یک سیم شکسته مدار را می شکند و 0 میلی آمپر حس می شود
در نهایت، سیگنال های حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر سطح پایه ای از تشخیص را ارائه می دهند
اما حسگرهای آنالوگ فقط می توانند یک “مقدار” را روی یک جفت سیم به سیستم کنترل ارسال کنند.
و دانه بندی یا دقت داده ها با توجه به نوع مبدل آنالوگ به دیجیتال (یا مبدل A-to-D) که توسط الکترونیک سیستم کنترل استفاده می شود، محدود می شود.
با این حال، با الکترونیک مدرن، این مسئله چندان مشکل ساز نیست
یک مبدل A-to-D با دقت 16 بیتی می تواند محدوده مقادیر یک سنسور آنالوگ را در 65535 افزایش گزارش دهد.
این بدان معناست که برای یک سنسور فشار 0 تا 1000 psi، دانه بندی مقدار سیگنال 1000 تقسیم بر 65535 یا 0.015 psi است. این سطح از دقت برای اکثر کاربردها کافی است
قبل از اینکه به این سوال پاسخ دهیم که پروتکل HART چیست، اجازه دهید به سرعت به یک دستگاه آنالوگ دیگر نگاه کنیم.
تلفن آنالوگ ارتباطات تلفنی آنالوگ شبیه سیگنال های حسگر آنالوگ است که در کارخانه های صنعتی استفاده می شود.
خطوط تلفن آنالوگ صدا را به صورت سیگنال های الکتریکی 48 ولت DC منتقل می کنند.
هنگامی که با گوشی تلفن خود صحبت می کنید، میکروفون امواج صوتی را به امواج الکتریکی آنالوگ تبدیل می کند.
این امواج از طریق خط تلفن تا مقصد منتشر می شوند. سپس تلفن گیرنده سیگنال های الکتریکی را از طریق بلندگوی گوشی به امواج صوتی تبدیل می کند.
یک جفت سیم مسی برای انتقال صدا، و یک مکالمه (یا مقدار ارسال شده) در یک زمان. همه درست مانند یک سنسور آنالوگ صنعتی
در اواخر دهه 1970، آزمایشگاه بل استاندارد مودم بل 202 را اختراع کرد. در سال 1980، استاندارد بل 202 به عنوان استاندارد ارتباطی برای سیستم های کنترل تولید نفت و گاز زیر دریا به تصویب رسید.
Bell 202 یک روش مدولاسیون را مشخص می کند که به نام کلیدسازی تغییر فرکانس صوتی (AFSK) برای رمزگذاری و انتقال داده های دیجیتال با نرخ 1200 بیت در ثانیه، نیمه دوبلکس (به معنی انتقال تنها در یک جهت در هر زمان) مشخص می شود.
اساساً، یک سیگنال پیوسته، به عنوان یک موج سینوسی AC، ارائه می دهد که فرکانس آن را از 1200 هرتز، نشان دهنده مقدار باینری 1، به 2200 هرتز برای نشان دادن مقدار باینری 0، تغییر می دهد
اگر سیگنال Bell 202 را بر روی سیگنال خط تلفن آنالوگ استاندارد قرار دهیم، توانایی ارسال همزمان داده های دیجیتال و داده های آنالوگ را روی همان جفت سیم به دست می آوریم.
این برای انتقال شماره تلفن تماس گیرنده همراه با تماس صوتی استفاده می شد. این ویژگی به نام Caller ID معروف است.
پس چه می شود اگر سیگنال بل 202 را روی سیگنال خط سنسور آنالوگ استاندارد قرار دهیم؟ ما توانایی ارسال همزمان داده های دیجیتال و داده های آنالوگ را روی یک جفت سیم به دست می آوریم. این پروتکل HART است!
با HART، می‌توانیم داده‌های آنالوگ، مقدار اندازه‌گیری‌شده متغیر فرآیند، همراه با داده‌های دیجیتالی ارسال‌شده، مانند نام برچسب، تنظیمات کالیبراسیون، یا تشخیص سنسور را ارسال کنیم.
این یک افزایش بهره وری واقعی برای کارخانه فرآیند خواهد بود!
و از آنجایی که حسگرهای دارای HART تنها به یک جفت سیم برای ارتباط نیاز دارند، برای ارتقاء یک حلقه حسگر غیر HART موجود به یک حلقه دارای HART، نیازی به تغییر سیم‌کشی نیست!
این یک افزایش بهره وری واقعی برای کارخانه فرآیند خواهد بود!
خبر خوب این است که HART برای اکثر سنسورهای آنالوگ موجود در بازار تعبیه شده است و کارت‌های ورودی آنالوگ با قابلیت HART تقریباً از تمام تولیدکنندگان DCS و PLC در دسترس هستند.
حتی دستگاه‌های سخت‌افزاری اضافه‌ای برای تبدیل حسگرهای HART شما به فرستنده‌های بی‌سیم وجود دارد!
اکنون که می دانیم پروتکل ارتباطی HART چیست، اجازه دهید بحث در مورد نحوه کار HART را تمام کنیم.
اول، HART مخفف “مبدل از راه دور آدرس پذیر بزرگراه” است. این به سادگی به این معنی است که یک شبکه کوچک می تواند با حداکثر 63 دستگاه HART تشکیل شود که هر کدام آدرس یا شماره گره خاص خود را دارند.
از آنجایی که با استفاده از HART می توان از راه دور به یک حسگر دسترسی داشت، نام واقعاً گویای همه چیز است: “سنسور بزرگراه (یا شبکه) (که مبدل نیز نامیده می شود) که آدرسی دارد تا بتوان از راه دور و مستقیم به آن دسترسی داشت
قابلیت ریموت سنسورهای HART بسیار مفید و قدرتمند است.
در نمودار زیر یک سنسور HART را می بینیم که به کارت ورودی آنالوگ PLC متصل است.
ما می توانیم با استفاده از پروتکل ارتباطی HART از نرم افزار برنامه نویسی PLC از راه دور به داده های موجود در سنسور دسترسی پیدا کنیم.
این بدان معناست که ما مجبور نیستیم در محل سنسور برای دسترسی به داده های آن باشیم.
ما می‌توانیم داده‌های تشخیصی را از یک اتاق کنترل یا مکان دیگری که در آن داده‌های HART قابل دسترسی است پیکربندی، کالیبره و بازیابی کنیم.
داده های یک حسگر HART باید توسط گره اصلی درخواست شود، که تمام مکالمات موجود در حلقه را کنترل می کند. گره اصلی معمولاً کارت ورودی آنالوگ DCS یا PLC است که سنسور به آن متصل است.
هر پیام از Master شامل نوع درخواست است، مانند “ارسال مقدار اندازه گیری”، شماره گره سنسوری که پیام برای آن در نظر گرفته شده است، و هر داده ای که باید به سنسور منتقل شود، مانند یک مقدار جدید برای محدوده بالایی. حد
با استفاده از یک دستگاه برنامه نویسی و پیکربندی دستی، که اغلب “ارتباط دهنده HART” نامیده می شود، می توان به داده های حسگر در هر کجا که فرصتی برای اتصال دستگاه دستی به صورت موازی با سیم های حلقه وجود دارد، دسترسی داشت.
این می تواند در جعبه اتصال، پانل مارشال یا در خود سنسور باشد.
بنابراین اگر یک سنسور در یک منطقه غیرقابل دسترس یا خطرناک است، پیکربندی یا نگهداری سنسور را می توان از یک مکان امن و دور انجام داد
شبکه‌سازی دستگاه‌های HART، در اکثر برنامه‌های کاربردی سیستم‌های کنترل، انجام نمی‌شود. به دلیل سرعت محدود و توپولوژی شبکه چند قطره دست و پا گیر آن، ما معمولاً فقط یک گره یا حسگر را به هر حلقه سیگنال HART اختصاص می دهیم.
خوشبختانه، HART به چندین گره اصلی اجازه می دهد، به طوری که سیستم کنترل و یک ارتباط دهنده دستی می توانند هم زمان به حلقه متصل شوند و هم می توانند با دستگاه ارتباط برقرار کنند
با HART، سیگنال آنالوگ 4-20 میلی آمپر و پروتکل دیجیتال HART هر دو در دسترس سیستم کنترل و تکنسین ابزار هستند.
اگر یک حلقه حسگر از «فقط آنالوگ» به «آنالوگ بعلاوه HART» ارتقا یابد، برنامه‌ریزی و پیکربندی سیستم کنترل برای مقدار اندازه‌گیری می‌تواند ثابت بماند
با سیگنال 4-20 میلی آمپر. اما این مورد نیست.
موج سینوسی AC HART در 1200 هرتز برای مقدار 1 یا در 2200 هرتز برای مقدار 0 نوسان می کند.
دامنه موج سینوسی AC ثابت می ماند و برای هر نوسان، دامنه نیمه اول هر موج سینوسی بالای منحنی جریان DC دقیقاً برابر با دامنه نیمه دوم هر موج سینوسی زیر جریان DC است.
سپس اثر خالص موج سینوسی صفر می شود.
بنابراین مقدار آنالوگ داده های اندازه گیری سنسور تحت تأثیر سیگنال HART قرار نمی گیرد، همانطور که یک مکالمه صوتی تلفنی توسط سیگنال شناسه تماس گیرنده با استفاده از همان پروتکل Bell 202 تأثیر نمی گذارد
هر دستگاه HART قادر به ارسال و دریافت 35-50 آیتم اطلاعاتی مختلف از جمله متغیر فرآیند است (یعنی همان مقدار اندازه گیری ارائه شده توسط سیگنال آنالوگ 4-20 میلی آمپر). وضعیت دستگاه؛ هشدارهای تشخیصی، مانند “مقدار حسگر در محدوده”؛
پارامترهای پیکربندی اولیه، مانند محدوده محدوده بالا و پایین. و نام تگ دستگاه
پروتکل ارتباطی HART یک انتخاب عالی برای ابزارهای چند متغیره است، مانند جریان سنج جرمی، که در آن جریان جرمی، جریان حجمی، دما و چگالی همگی می توانند از طریق یک کابل به سیستم کنترل منتقل شوند
پروتکل HART توسط یک انجمن مستقل از فروشنده به نام The HART Communication Foundation اداره می شود، بنابراین حسگرهای HART از هر سازنده ای را می توان با حسگرهای تولیدکنندگان دیگر تعویض کرد.
این امر اجرا، نگهداری و عیب یابی را بسیار آسان می کند. همچنین، HART به طور گسترده برای دستگاه های کنترل نهایی، مانند موقعیت دهنده های شیر کنترل، با همان مزایا و قابلیت های تشخیصی استفاده می شود.
اگرچه استاندارد HART تولیدکنندگان را ملزم میکند که حداقل تعداد اقلام داده خاص را با هر حسگر HART ارائه کنند، فروشندگان همچنین می‌توانند مجموعه داده‌ها را به موارد خاص فروشنده، مانند شماره مدل سنسور یا نسخه‌های میان‌افزار یا شمارنده‌های تشخیصی پیشرفته، گسترش دهند
برای اینکه سیستم کنترل نوع و مقادیر این داده‌های سفارشی را تشخیص دهد، یک فایل توضیحات ویژه به نام فایل توصیف داده (DD) مورد نیاز است.
این فایل در ایستگاه پیکربندی DCS یا PLC بارگیری می شود یا در ارتباط دستی دانلود می شود و مستقیماً به سنسور مرتبط می شود.
این فایل به سادگی اجازه می دهد تا جریان داده از حسگر به درستی تجزیه یا تفسیر شود و به تکنسین یا مهندس اجازه می دهد تا درخواست های صحیح برای داده های حسگر را ارائه دهد
یک پروتکل ارتباطی داده دیجیتال است که بر روی یک سیگنال سنتی آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر قرار گرفته است که گزینه های بازیابی و پیکربندی پیشرفته داده را برای اجرا از راه دور از یک سیستم DCS یا PLC یا از یک ارتباط دستی فراهم می کند
HART از طریق یک جفت سیم ارتباط برقرار می کند، بنابراین افزودن HART به یک حلقه حسگر 4 تا 20 میلی آمپر موجود نیازی به اصلاح سیم کشی ندارد.
فقط سخت افزار کارت ورودی آنالوگ و الکترونیک حسگر ممکن است نیاز به ارتقاء داشته باشند تا عملکرد HART ارائه شود.
درصد بالایی از سنسورهایی که قبلاً در حلقه‌های 4 تا 20 میلی آمپر نصب شده‌اند، از قبل دارای HART هستند.
HART ممکن است فیلدباسی باشد که قبلاً در کارخانه خود دارید. از طریق پیکربندی ساده، انبوهی از داده های فرآیند جدید و قابلیت تشخیصی را می توان با حداقل تلاش و هزینه به دست آورد
امیدوارم با پروتکل هارت ( HART ) آشنا شده باشید،
در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.
