Įvadas į greitkelio adresuojamą nuotolinio keitiklio ryšio protokolą

Privalumai gauti dvi mašinas (arba jų komponentus), kad būtų galima kalbėtis tarpusavyje, buvo akivaizdūs pramonės automatikos ir valdymo ekspertams dar prieš tai, kai daiktų internetas (IoT) tapo pagrindiniu. Alkūninio veleno centre esančio temperatūros jutiklio, siunčiančio matavimus valdyti variklio pavaros relę ir kt., Vertės buvo aiškios, o vienas iš ryšių protokolų, naudojamų tam pasiekti, buvo HART protokolas.

Kadangi visame pasaulyje įdiegta daugiau nei 30 milijonų įrenginių, HART protokolas yra laikomas populiariausiu pramoninės automatikos protokolu, o šiandien pateiktame straipsnyje bus apžvelgta, kuo jis ypatingas. Mes išnagrinėsime jo funkcijas, programas ir patobulintas versijas, tokias kaip „ WirelessHART“.

Apžvalga

„Highway Addressable Remote Transducer“ (HART) protokolas yra vienas iš populiariausių atvirosios komunikacijos protokolų, naudojamų pramoninėje automatikoje, norint siųsti ir gauti skaitmeninę informaciją per analoginius laidus tarp išmaniųjų įrenginių ir valdymo sistemų. Šis protokolas yra nuosekliojo ryšio protokolo, pvz., RS485, pažanga ir įvykis, prie kurio taip pat populiariai naudojamas pramonė.

Devintajame dešimtmetyje „Emerson“ jį sukūrė kaip nuosavybės teise pagrįstą ryšio protokolą, kad būtų pašalinti esamo 4–20 mA ryšio protokolo trūkumai, galintys perduoti tik vieną parametrą arba išmatuotą vertę. Naudojant HART, pramoninės automatikos pastangomis būtų galima pasiekti dvikryptį ryšį, kuris pašalintų 4–20 mA įtampą, tačiau taip pat išlaikytų savo infrastruktūrą, nes HART protokolas gali siųsti skaitmeninius signalus uždėdamas juos ant analoginių signalų be iškraipymų ir trukdžių.

Tai, kas išdėstyta pirmiau, sukuria du vienu metu naudojamus ryšio kanalus: 4-20 mA analoginį signalą ir skaitmeninį signalą. Dėl šio derinio protokolas vadinamas hibridiniu protokolu. Tipiškos programos, tokios kaip prietaisų prietaisai, galėtų naudoti 4-20 mA signalą pirminiai matuojamai vertei siųsti ir naudoti skaitmeninį signalą informacijai siųsti.

Parama 4-20 mA pagrįstiems įrenginiams reiškė, kad įmonės galėjo toliau naudoti savo senąją techninę įrangą. Tai, kartu su tuo, kad protokolas tapo „atviras“, padidino protokolo priėmimo lygį, kol jis tapo de facto pramonės standartu

HART ryšio protokolo veikimas

HART ryšys vyksta tarp dviejų HART palaikančių įrenginių, paprastai išmaniojo lauko įrenginio ir valdymo ar stebėjimo sistemos. Kaip aprašyta anksčiau, prietaisai, pagrįsti protokolu, perduoda analoginį signalą taikydami esamą 4-20mA metodą, o skaitmeniniai signalai - signalą (kaip kintamosios srovės signalą) ant 4-20mA analoginio signalo, naudodami „Bell 202“ dažnio perjungimo klavišą (FSK) standartas.

FSK procedūra apima dviejų dažnių, paprastai 1200Hz ir 2200Hz, sinusinių bangų, kurios atspindi siunčiamų duomenų bitus (atitinkamai 1 ir 0), perdėjimą. Naudojant FSK užtikrinama, kad vidutinė dviejų dažnių vertė visada būtų lygi nuliui, užtikrinant, kad skaitmeninis signalas neturi įtakos analoginiam signalui.

Tinklo konfigūravimo režimai

Siekiant patenkinti įvairių programų poreikius, HART protokolo įrenginiai gali būti sukonfigūruoti veikti dviem pagrindiniais režimais;

„Point-to-Point“ režimas
Kelių lašų režimas

1. Tinklo režimas nuo taško iki taško

Veikiant taško-taško režimu, skaitmeniniai signalai yra užklojami ant 4–20 mA kilpos srovės taip, kad tiek 4–20 mA srovę, tiek skaitmeninį signalą galima naudoti perduodant pranešimus tarp pagrindinio ir pavaldinio. Tai reiškia tipišką protokolo taikymą su antriniais kintamaisiais ir duomenimis, kurie gali būti naudojami stebėjimo, priežiūros ir diagnostikos tikslais, keičiamasi per skaitmeninius signalus, o valdymo signalai siunčiami per analoginę protokolo pusę. „ Point-to-Point“ tinklo konfigūracijos iliustracija pateikta žemiau esančiame paveikslėlyje.

2. Daugialypis tinklo režimas

„Multi-Drop“ tinklo konfigūravimo režimas leidžia prie tos pačios laidų poros prijungti kelis įrenginius panašiai kaip adresų protokolai, pvz., „I2c“. Ryšys daugialypiu režimu yra visiškai skaitmeninis, nes ryšys per analoginės kilpos srovę yra išjungtas, nes srovė per kiekvieną iš prietaisų yra fiksuota mažiausiomis vertėmis, kurių pakanka prietaiso veikimui (paprastai 4mA). Daugialypės tinklo konfigūracijos paprastai naudojamos priežiūros kontrolės programose, kurios yra plačiai išdėstytos, pavyzdžiui, cisternose ir vamzdynuose. „ Multi-Drop“ tinklo konfigūracija pavaizduota paveikslėlyje žemiau.

Ryšio režimai

Paprastai norint palaikyti ryšį pagal HART protokolą, vienas tinklo įrenginys, paprastai paskirstytoji valdymo sistema arba PLC, turi būti paskirtas pagrindiniu, o kiti (-iai), paprastai lauko įrenginiai, pvz., Jutikliai ar pavaros, yra priskirti vergams.

Tačiau būdas, kuriuo vergai bendrauja su pagrindiniu, priklauso nuo ryšio režimo, kuriam tinklas yra sukonfigūruotas. HART protokolą atitinkančių įrenginių tinklas gali būti sukurtas bendrauti dviem režimais, būtent;

Užklausos-atsakymo ryšio režimas
„Burst“ režimas

1. Prašymo ir atsakymo ryšio būdas

„Request-Response“ ryšio režime vergų įrenginiai informaciją perduoda tik tada, kai pagrindinį įrenginį pateikia paklausimą. Nors šis režimas turi trūkumų, ypač sumažėjęs ryšio greitis (2–3 duomenų atnaujinimai per sekundę), jis padeda išlaikyti protokolą paprastą, efektyvų ir lengvai įgyvendinamą.

2. serijos režimas

Kad būtų galima keisti taikymo reikalavimus, protokolas turi kitą ryšio režimą, vadinamą „Burst“ režimu. Šiuo režimu verginiai įrenginiai gali nuolat siųsti vieną informaciją, nereikalaujant pakartotinių šeimininko prašymų. Šis režimas suteikia greitesnį ryšio greitį iki 3-4 atnaujinimų per sekundę ir paprastai naudojamas scenarijuose, kai norint klausytis ryšio iš HART kilpos, reikalingas daugiau nei vienas HART įrenginys.

Kad būtų galima atlikti išorinį stebėjimą, kurio reikia daugeliui pramoninių programų, abu ryšių režimai palaiko iki dviejų pagrindinių ir pagrindinių. Kaip pavaizduota aukščiau esančiame paveikslėlyje, pirminis pagrindinis kompiuteris paprastai yra pagrindinė valdymo / stebėjimo sistema, o antrinis pagrindinis įrenginys paprastai yra toks įrenginys kaip delniniai terminalai, dar žinomi kaip „ HART Communicator“, kuris prie HART kilpos yra prijungtas tik trumpą laiką.

Privalumai

Kai kurie HART protokolo pranašumai, palyginti su kitais jo klasėje, yra šie:

1. Dvipusis bendravimas

Pavyzdžiui, naudojant 4-20 mA analoginį signalą, informacija gali tekėti tik viena kryptimi (siųstuvas į imtuvą). Naudojant HART ryšį, duomenys gali keliauti į abi puses.

2. Naujos informacijos rūšys

Tradiciniai komunikacijos kanalai, tokie kaip 4-20mA, leidžia bendrauti tik su vienu proceso kintamuoju, neturint vietos patvirtinimui, tačiau naudodamiesi HART, jūs galite gauti iki 40 papildomų informacijos kartu su proceso kintamuoju.

Keletas papildomos informacijos, kurią galima gauti iš HART pagrįstų įrenginių, pavyzdžių:

Įrenginio būsenos ir diagnostikos įspėjimai
Proceso kintamieji ir vienetai
Ciklo srovė ir% diapazonas
Pagrindiniai konfigūracijos parametrai
Gamintojo ir įrenginio žyma

Naudodami šios papildomos informacijos derinį, HART įrenginiai gali patys pranešti apie jų konfigūracijos ar operacijų problemas pagrindiniam / pagrindiniam įrenginiui. Tai padeda sumažinti įprastų patikrinimų poreikį ir gali būti labai naudinga numatant techninę priežiūrą.

3. Kintamieji prietaisai

Skaitmeniniu režimu viena laidų pora gali valdyti kelis kintamuosius. Pavyzdžiui, vienas siųstuvas galėtų valdyti kelių jutiklių įvestis

4. Tiekėjo nepriklausomybė

Viską, kas susiję su HART, Emersonas perdavė HART komunikacijų fondui, nes tokie standartai yra atviri ir nėra būdingi vienam pardavėjui. Tai reiškia, kad nėra pavojaus būti užrakintam ribotiems konkrečių pardavėjų ar regionų „standartams“.

5. Pasiūlos plotis

Šiuo metu HART yra laikomas plačiausiai palaikomu proceso pramonės protokolu. Tai tokia populiari, kad tikimybė, kad pramoninis prietaisas bus suderinamas su HART, yra beveik 1.

6. Sąveika

Su HART suderinami įrenginiai ir pagrindinės sistemos gali veikti kartu, neatsižvelgiant į pardavėją, modelius ir kitas tinklus kamuojančias suderinamumo / sąveikos problemas. Net pagrindiniai įrenginiai, kurie nebuvo sukurti tvarkyti skaitmeninę informaciją iš HART įrenginio, vis tiek turės tam tikrą sąveikos lygį su ryšiu per 4-20 mA analoginį signalą.

„WirelessHART“

HART protokolas per daugelį metų vystėsi tobulėjant technologijoms ir didėjant naudojimo atvejų sudėtingumui. Vienas iš naujausių savo evoliucijos produktų yra nauja technologija, vadinama „ WirelessHART“, kuri siūlo visiškai naujas galimybes perduodant belaidį „HART“ informaciją.

Tai pirmasis standartizuotas (IEC62591) belaidžio ryšio protokolas procesų automatizavimo srityje. Skirtingai nuo įprasto HART protokolo, šiame etape jis palaiko tik ryšį skaitmeniniu signalu, nes analoginis ryšys nėra teikiamas, nes nenaudojamas jungtys.

Šiuo metu yra du skirtingi „WirelessHART“ sprendimai, įskaitant;

„WirelessHART“ adapteris esamiems HART įrenginiams patobulinti
Savaeigis „WirelessHART“ siųstuvas.

„WirelessHART“ gali būti naudojamas esamuose laidiniuose instrumentuose, kad būtų galima surinkti didžiulį informacijos kiekį, kuris anksčiau buvo įstrigęs instrumente, be to, tai yra ekonomiškas, paprastas ir patikimas būdas įdiegti naujus matavimo ir valdymo taškus be laidų kainų.