Увод у комуникациони протокол даљинског претварача који се адресира на магистрални пут

Предности добијања две машине (или њихових компонената) за међусобну комуникацију биле су очигледне за стручњаке за индустријску аутоматизацију и контролу, много пре него што је Интернет ствари (ИоТ) постао главни ток. Вредности у температурном сензору у срцу радилице која шаље мерења за управљање релејем моторног погона итд. Биле су јасне, а један од комуникационих протокола коришћених за постизање тога био је ХАРТ протокол.

Са преко 30 милиона уређаја заснованих на њему, инсталираних широм света, ХАРТ протокол се сматра најпопуларнијим протоколом у индустријској аутоматизацији, а данашњи чланак ће пружити преглед онога што га чини тако посебним. Испитаћемо његове карактеристике, апликације и надограђене верзије попут ВирелессХАРТ-а.

Преглед

Протокол за адресирање даљинског претварача (ХАРТ) једног од најпопуларнијих је један од најпопуларнијих протокола отворене комуникације који се користи у индустријској аутоматизацији за слање и примање дигиталних информација путем аналогног ожичења између паметних уређаја и контролних система. Овај протокол је напредак протокола серијске комуникације попут РС485 и догађаја који се такође популарно користи у индустрији.

Емерсон га је развио 1980-их као заштићени комуникацијски протокол за уклањање недостатака у постојећем комуникационом протоколу 4-20мА, који је могао да пренесе само један параметар или измерену вредност. Са ХАРТ-ом, напори индустријске аутоматизације могу постићи двосмерне комуникације које су отклониле недостатке 4-20мА, али такође задржати своју инфраструктуру, јер ХАРТ протокол може слати дигиталне сигнале тако што ће их поставити на аналогне сигнале без изобличења или сметњи.

Ефекат горе наведеног је стварање два симултана комуникациона канала: аналогни сигнал 4-20мА и дигитални сигнал. Ова комбинација је разлог зашто се протокол назива хибридним протоколом. Типичне апликације попут инструментационих уређаја могу користити сигнал од 4-20мА за слање примарне измерене вредности, а употпуњени дигитални сигнал за слање информација.

Подршка за уређаје засноване на 4-20мА значила је да компаније могу да наставе да користе свој наслеђени хардвер. То је, заједно са протоколом који је постао „отворен“, повећало ниво усвајања протокола све док није постао де-фацто стандард у индустрији

Рад ХАРТ протокола комуникације

ХАРТ Комуникација се одвија између два уређаја са омогућеним ХАРТ-ом, обично паметног пољског уређаја и система за контролу или надзор. Као што је раније описано, уређаји засновани на протоколу преносе аналогни сигнал користећи постојећи приступ од 4-20мА, а дигитални сигнали суперпонирањем сигнала (као сигнал наизменичне струје) на аналогни сигнал од 4-20мА, користећи Белл 202 Фрекуенци Схифт Кеиинг (ФСК) стандард.

ФСК поступак укључује суперпонирање синусних таласа две фреквенције, обично 1200Хз и 2200Хз, који представљају битове (1 односно 0) података који се шаљу. Употреба ФСК осигурава да просечна вредност две фреквенције увек буде нула, осигуравајући да дигитални сигнал не утиче на аналогни сигнал.

Режими мрежне конфигурације

Да би се задовољиле потребе различитих апликација, уређаји под ХАРТ протоколом могу се конфигурисати да раде у два главна режима;

Режим од тачке до тачке
Мулти-Дроп Моде

1. Режим мреже од тачке до тачке

У режиму од тачке до тачке, дигитални сигнали се прекривају на струји петље 4–20 мА на такав начин да се и струја 4–20 мА и дигитални сигнал могу користити за пренос порука између главног и помоћног уређаја. Ово представља типичну примену протокола, са секундарним променљивим и подацима, који се могу користити за праћење, одржавање и дијагностику, размењујући се преко дигиталних сигнала, док се управљачки сигнали шаљу преко аналогне половине протокола. Илустрација конфигурације тачке до тачке дата је на доњој слици.

2. Вишеструки мрежни режим

Режим конфигурације мреже Мулти-Дроп омогућава повезивање неколико уређаја на исти пар жица на начин сличан протоколима заснованим на адресама попут и2ц. Комуникација у режиму са више капљица је потпуно дигитална, јер је комуникација кроз струју аналогне петље онемогућена, јер је струја кроз сваки од уређаја фиксна на минималној вредности довољној за рад уређаја (обично 4мА). Конфигурације мреже са више капљица обично се користе у апликацијама за надзорну контролу које су широко распоређене као у фарма цистерни и цевовода. Конфигурација мулти-дроп мрежа је приказан на слици испод.

Начини комуникације

Генерално, за комуникацију према ХАРТ протоколу, један уређај у мрежи, обично дистрибуирани контролни систем или ПЛЦ, мора бити означен као главни, док су други, обично теренски уређаји попут сензора или актуатора, одређени као помоћни уређаји.

Међутим, начин на који подређени комуницирају са главним управљачем зависи од начина комуникације на који је мрежа конфигурисана. Мрежа уређаја компатибилних са протоколом ХАРТ може се поставити за комуникацију у два начина, и то;

Режим комуникације захтев-одговор
Рафални режим

1. Режим комуникације захтев-одговор

У режиму комуникације захтев-одговор, помоћни уређаји преносе информације само када главни уређај изда захтев. Иако овај режим има своје недостатке, посебно смањену брзину комуникације (2-3 ажурирања података у секунди), он помаже да протокол остане једноставан, ефикасан и лак за примену.

2. Рафални режим

Да би се направило простора за варијације у захтевима апликације, протокол има још један начин комуникације који се назива „Бурст“ режим. У овом режиму, помоћни уређаји могу непрекидно да шаљу једну информацију, без потребе за поновљеним захтевима главног. Овај режим нуди већу брзину комуникације са до 3-4 ажурирања у секунди и обично се користи у сценаријима када је за преслушавање комуникације из петље ХАРТ потребно више од једног ХАРТ уређаја.

Да би се омогућио спољни надзор, пожељан за већину индустријских апликација, оба начина комуникације подржавају до два мастер-а дефинирана као примарни и секундарни. Примарни мастер, као што је приказано на горњој слици, обично је главни систем за контролу / надзор, док је секундарни мастер обично уређај попут ручних терминала званог ХАРТ Цоммуницатор, који је на кратко повезан са ХАРТ петљом.

Предности

Неке од предности ХАРТ протокола у односу на остале у својој класи укључују;

1. Двосмерна комуникација

На пример, употреба аналогног сигнала од 4-20мА омогућава проток информација у само једном смеру (предајник до пријемника). Помоћу ХАРТ комуникације подаци могу путовати у оба смера.

2. Нове врсте информација

Традиционални комуникацијски канали попут 4-20мА омогућавају комуникацију само једне процесне променљиве без простора за валидацију, али са ХАРТ-ом можете да добијете до 40 додатних информација заједно са процесном променљивом.

Неки примери додатних информација које се могу добити од уређаја заснованих на ХАРТ-у укључују;

Уређај Статус и дијагностичка упозорења
Процесне променљиве и јединице
Струја петље и% опсега
Основни параметри конфигурације
Ознака произвођача и уређаја

Користећи комбинацију ових додатних информација, ХАРТ уређаји могу самостално пријавити проблеме са својом конфигурацијом или операцијама на главни / главни уређај. Ово помаже у смањивању потребе за рутинским прегледима и могло би бити врло корисно за предиктивно одржавање.

3. Мултиваријабилни уређаји

У дигиталном режиму, један пар жица може да обрађује више променљивих. На пример, један предајник може да обрађује улазе из више сензора

4. Независност добављача

Емерсон је све у вези са ХАРТ-ом предао ХАРТ-овој фондацији за комуникације, јер су такви стандарди отворени и нису специфични за једног добављача. То значи да не постоји опасност да се закључате у ограничене специфичне добављаче или регионалне „стандарде“.

5. Ширина понуде

ХАРТ се тренутно сматра најшире подржаваним протоколом за процесну индустрију. Толико је популарна да је вероватноћа да је индустријски уређај компатибилан са ХАРТ-ом скоро 1.

6. Интероперабилност

Уређаји и хост системи компатибилни са ХАРТ-ом могу да раде заједно без обзира на добављача, моделе и друге проблеме компатибилности / интероперабилности који муче мреже. Чак ће и домаћински уређаји који нису дизајнирани за руковање дигиталним информацијама са ХАРТ уређаја и даље имати одређени ниво интероперабилности са комуникацијом кроз аналогни сигнал од 4-20 мА.

ВирелессХАРТ

Протокол ХАРТ еволуирао је током година са напретком у технологији и повећаном софистицираношћу случајева употребе. Један од најновијих производа његове еволуције је нова технологија названа ВирелессХАРТ, која нуди потпуно нове могућности са бежичним преносом ХАРТ информација.

То је први стандардизовани (ИЕЦ62591) протокол бежичне комуникације у пољу аутоматизације процеса. За разлику од редовног ХАРТ протокола, он у овој фази подржава само комуникацију преко дигиталног сигнала, јер аналогна комуникација није обезбеђена, јер се не користи кабл за повезивање.

Тренутно постоје два различита ВирелессХАРТ решења, укључујући;

Бежични ХАРТ адаптер за побољшање постојећих ХАРТ уређаја
Бежични ХАРТ предајник са властитим напајањем.

ВирелессХАРТ се може користити на постојећим жичаним инструментима за прикупљање огромне количине информација које су претходно биле насукане у инструменту, а такође пружа исплатив, једноставан и поуздан начин примене нових тачака мерења и контроле без трошкова ожичења.