HART Protokolü : Mimari, Çalışma ve Uygulamaları

şu anda endüstriyel Otomasyon , farklı tipte akıllı saha cihazları kullanılmaktadır ancak sektördeki her cihazın yetkililer veya saha mühendisleri tarafından izlenmesi çok zordur. Genel olarak, bu tür bir izleme, endüstri içindeki ve dışındaki farklı bağlı cihazlar arasında ana izleme sistemine veri aktarımına izin veren akıllı cihazlarla gerçekleştirilir. Böylece, HART protokolü 1980 yılında tanıtıldı ve Bell 202 standartları üzerine inşa edildi. Bu protokol, endüstriyel otomasyonda kullanılan bir endüstri standardı haline geldi. Bu nedenle, bu makalede genel bir bakış tartışılmaktadır. HART protokolü - uygulamalarla çalışma.

HART Protokolü nedir?

HART protokolündeki HART terimi, akıllı cihazlar ve cihazlar arasında analog kablolama ile dijital verileri iletmek ve almak için dünya çapında kullanılan açık standart bir protokol olan 'Otoyol Adreslenebilir Uzak Dönüştürücü' anlamına gelir. kontrol sistemleri . Bu protokol çok popülerdir, bu nedenle dünya genelinde 30 milyondan fazla cihaza HART protokolü ile güç verilir. Bu protokol, endüstrilerdeki akıllı saha cihazlarının yanı sıra ana sistemler arasında iletişim kurmak için kullanılır.

HART protokolü, dijital akıllı enstrümantasyonun büyük avantajlarını içerirken, eski 4-20 mA tabanlı analog protokolü destekleme yeteneği nedeniyle daha fazla popülerlik kazandı.
Bu protokol, fiziksel bağlantı teknolojisini ve ayrıca farklı uygulamalar tarafından kullanılan komutları açıklar. Hart komutları, Evrensel, Ortak Uygulama ve Cihaza Özgü üç türdür.
Evrensel tip komutlar, tüm HART cihazları aracılığıyla uygulanır. Bu komutlar esas olarak bir kontrolör tarafından bir saha cihazını tanımlamak ve aynı zamanda proses verilerini okumak için kullanılır.

Ortak Uygulama türü komutlar, normalde yalnızca saha cihazlarına uygulanabilen farklı işlevleri tanımlamak için kullanılır. Bu cihazlar, aralığı değiştirmek, mühendislik birimlerini seçmek ve kendi kendini test etmek için komutlar içerir.

Cihaza özel tip komutlar her cihaz için aynı değildir. Bu komutlar, benzersiz yapılandırma ve değiştirme işlevlerini yürütür. Bu nedenle, çeşitli üreticilerin cihazlarının benzer işlevleri harici olarak uyguladığına dikkat etmek çok önemlidir. Örneğin, fark basınç ölçümü tamamen farklı donanımları ve ayrıca cihaza özel farklı komut setlerini içerebilir.

HART Protokol Mimarisi

HART protokolü, aşağıda tartışılan noktadan noktaya ve çoklu nokta gibi iki ağ konfigürasyonunda çalışır.

Noktadan Noktaya Ağ Yapılandırması

Noktadan noktaya ağ konfigürasyonunda, tek bir proses değişkenini iletmek için sabit 4-20 mA sinyali kullanılırken ekstra proses değişkenleri ve tasarım parametreleri HART protokolü ile dijital olarak iletilir. Böylece, 4–20 mA analog sinyal HART sinyali tarafından değiştirilmez ve normal bir şekilde kullanılabilir. HART iletişim dijital sinyali, ikincil değişkenlere giriş hakkı sağlar ve diğer veriler bakım, devreye alma, operasyonlar ve teşhis amaçları için kullanılabilir.

Çoklu Drop Ağ Yapılandırması

Bu ağ yapılandırması, çeşitli cihazların tek bir kablo çifti ile bağlanmasına izin verir. Bu konfigürasyon içindeki iletişim tamamen dijitaldir, çünkü her cihazdaki akım, cihazın normal olarak 4mA çalışması için minimum yeterli bir değerde sabitlendiğinden, analog döngü akımı boyunca iletişim devre dışı bırakılır.

HART İletişimi Nasıl Çalışır?

HART iletişim protokolü, 1.200 Hz ve 2.200 Hz gibi iki farklı frekansla temsil edilen dijital sinyalleri üst üste bindirmek için Bell 202 FSK (Frekans Kaydırma Anahtarlama) standardını kullanır. Burada 1.200 Hz frekans bit 1'i temsil ederken 2.200 Hz frekans buna karşılık olarak bit 0'ı temsil eder.

Bu frekanslara sahip sinüs dalgaları DC analog sinyal kabloları üzerine yerleştiğinde veri aktarımı gerçekleşir. Dolayısıyla, bu veri aktarımı sırasında, bir frekans kaydırma anahtarlama sinyalinin sıfıra eşdeğer standart değeri nedeniyle 4-20 mA sinyali etkilenmez. Bu protokol aynı anda 4-20 mA analog sinyal ve dijital sinyaller gibi iki iletişim kanalını destekler.

Analog sinyal, birincil ölçülen değeri 4-20mA akım döngüsü ile iletirken, ek cihaz verileri, analog sinyalin üzerine yerleştirilmiş bir dijital sinyal aracılığıyla iletilir.
Dijital sinyal, cihazın durumu, diyagnostikler, hesaplanan değerler vb. gibi cihaz bilgilerini içerir. Dolayısıyla, iki iletişim kanalı birlikte kullanımı ve yapılandırması çok basit olan çok sağlam ve düşük maliyetli bir iletişim çözümü sunar. Bu protokol, hem analog hem de dijital iletişimi birleştirdiği için sıklıkla hibrit protokol olarak adlandırılır.

HART teknolojisi, ana/bağımlı protokol olarak ayrılır, çünkü bağımlı aygıt yalnızca kendisine bir ana aygıt bağlandığında çalışır. Burada bağımlı cihaz bir akıllı cihazdır ve ana cihaz bir bilgisayardır.

HART Protokolü Modları

Genel olarak, HART Protokolü içindeki iletişim için, ağ içinde kullanılan cihaz, Ana olarak seçilen PLC veya dağıtılmış kontrol sistemidir, diğer saha cihazları ise sensörler veya aktüatörler gibi bağımlı olarak kabul edilir. Ancak burada ana ve köle arasındaki iletişim, esas olarak sistemin düzenlendiği iletişim moduna bağlıdır. HART protokol ağı, master/slave modu ve burst modu gibi iki modda iletişim kurar.

Master/Slave Modu

Bu mod, istek-yanıt modu olarak da bilinir. Bu tür modda, bağımlı cihazlar, Master cihazdan bir istek gönderildiğinde basitçe veri iletir. Her HART döngüsü için iki master bağlanabilir. Bu nedenle, birincil yönetici normalde bir DCS (dağıtılmış kontrol sistemi), PC (kişisel bilgisayar) veya PLC'dir (programlanabilir mantık denetleyicisi), ikincil yönetici ise başka bir PC veya el terminalidir. Bağımlı cihazlar, ana cihazlardan gelen komutlara tepki veren aktüatörler, kontrolörler ve vericilerdir.

Seri Çekim Modu

Bazı HART protokolü etkin cihazlar bu iletişim modunu destekler. Bu mod, her saniye için üç ila dört veri güncellemesi gibi daha hızlı iletişime izin verir. Bu moddaki ana cihaz, bağımlı cihaza sürekli olarak tipik bir HART yanıt mesajı iletmesi talimatını verir. Master, slave'e patlamayı durdurmasını emredene kadar mesajı yüksek hızda alır. Bu mod, yukarıdaki bir HART cihazının HART Döngüsünden iletişim kurmak için gerekli olduğu durumlarda geçerlidir.

HART Protokolü ve Modbus

HART protokolü ile Modbus arasındaki fark aşağıdakileri içerir.

Avantajlar

bu HART protokolünün avantajları aşağıdakileri içerir.

• HART protokolü tarafından etkinleştirilen cihazlar, kullanıcıların operasyonel yeteneklerini optimize etmek için cihazın en iyi verileri kullanmasını sağlar.
• Olası arızaları daha oluşmadan fark ederek, ekipman arızasından kaynaklanan arıza sürelerini azaltır.
• Cihazların envanter maliyetlerini ve bakımını azaltır.
• Problem tanıma ve problem çözme için bekleme sürelerini azaltır.
• Gelişmiş tanılama kullanarak güvenlik bütünlüğü düzeylerini artırır.
• HART protokolünü seçmenin faydaları başlıca şunlardır; dijital yetenek, analog yetenek, kullanılabilirlik ve birlikte çalışabilirlik.
• Bu protokol, farklı cihazlar ve sensörler ile de kullanılabilir.
• HART protokolü tabanlı cihazlar endüstrilerde yaygın olarak kabul görmektedir.
• Bu protokol, sistem kullanılabilirliğini, ilerleme düzenliliğini vb. artırır.

Dezavantajları

bu HART protokolünün dezavantajları aşağıdakileri içerir.

• HART iletimindeki dijital sinyal oldukça yavaştır.
• Çoklu bırakma düzenlemesi için analog sinyale erişilemez ve hayır. iletim hattını bölebilecek cihazların sayısı kısıtlanmıştır.
• Herhangi bir zamanda yalnızca bir proses değişkenini izleyebilir.
• Bu tür protokol, Profibus ve Foundation Fieldbus gibi diğer Fieldbus sistemleriyle karşılaştırıldığında biraz yavaştır. Dolayısıyla bu yavaş tepki süresi, bazı endüstriyel tabanlı uygulamalarda bazı zorluklara neden olmaktadır.
• Genel olarak, HART protokolünün hızı, süreç değişkenlerinin hızlı bir şekilde değişmediği basit izleme sistemleri için yeterlidir.

Uygulamalar

bu HART protokolünün uygulamaları aşağıdakileri içerir.

• HART protokolü, akıllı cihazlar ve kontrol sistemleri arasında analog kablolama ile dijital verileri iletmek ve almak için dünya çapında kullanılmaktadır.
• Bu, endüstriyel otomasyonda kullanılan çok popüler bir protokoldür.
• Bu protokol esas olarak akıllı cihazları analiz etmek içindir.
• Bu, proses ve enstrümantasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Bu tür bir iletişim protokolü, hacimsel akış, kütle akışı, yoğunluk ve sıcaklığın tek bir kablo üzerinden kontrol sistemine iletilebildiği her yerde kütle akış ölçerleri içeren çok değişkenli cihazlar için idealdir.
• Bu protokol esas olarak endüstriyel proses kontrolü ve ölçüm uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır.
• HART protokolü esas olarak proses endüstrilerinde farklı cihazlar arasındaki iletişim için kullanılır.

Böylece, bu bir HART protokolünün çalışması . Bu protokol, DCS ve PLC sistemleri gibi izleme veya kontrol sistemlerinin yanı sıra akıllı saha cihazları arasında analog kablolar üzerinden dijital verileri iletmek ve almak için kullanılan küresel standarttır. Bu çift yönlü iletişim protokolü, saha ve ana bilgisayar denetleyicisi arasında elde taşınabilir bir cihazdan bir varlık yönetim sistemine veya tesis denetleyicisine kadar ek verilere giriş hakkı sağlar. İşte bir soru: HART protokolünün tam biçimi nedir?