preloader

در حال بارگذاری

در محصولات

    در آموزش ها

      در خدمات

        در سایر قسمتها

          آشنایی با پروتکل هارت HART (قسمت اول)

          ( امتیاز: 5 از 5، مشارکت کنندگان: 1 رای )
          میرا کنترل

          آشنایی با پروتکل هارت HART (قسمت اول)

          هنگام استفاده از مزایای دستگاههای Smart شبکه های موجود در سطح کارخانه تنها انتخاب ما نیستند. پروتکل هارت HART امکانات زیادی را حتی برای عملیات نصب تجهیزاتی که به حلقه های متداول mA 4-20 مجهزند، فراهم می کند.

          دستگاههایی که با هارت HART کار می کنند سیگنالهای اطلاعاتی خود را از طریق خطوط ارتباطی متداول mA 4-20 منتقل می کنند.

          این ویژگی دستگاههای فیلد را قادر می سازد که به سادگی نصب و راه اندازی شوند یا داده ها را خوانده و ذخیره سازند. که در تمام موارد ذکر شده به دستگاههای فیلد که مبتنی بر ریزپردازنده باشند احتیاج داریم.

          این پروتکل در سال 1989 معرفی گردید و در بسیاری از کاربردهای صنعتی با موفقیت مورد استفاده قرار گرفت. این پروتکل امکان برقراری ارتباط دو طرفه را حتی در مناطق خطرناک و مستعد خطر یا Hazardous Area فراهم می سازد.

          پروتکل هارت امکان استفاده از دو Master را فراهم می نماید. یکی کنسول یا ایستگاه مهندسی موجود در اتاق کنترل و دیگری دستگاهی برای اجرای عملیات در سایت مثلا یک Laptop یا یک ترمینال دستی است.

          از مزایای پروتکل هارت می توان به موارد زیر اشاره نمود:

          • در عمل امتحان خود را پس داده است.
          • طرح پروتکل و طراحی آن ساده است.
          • تعمیر و نگهداری آن ساده است.
          • با تجهیزات ابزاردقیق آنالوگ متداول سازگر است.
          • ارتباطات همزمان آنالوگ و دیجیتال را فراهم می سازد.
          • امکان اتصال به صورت مالتی دراپ (Multidrop) را ایجاد می کند.
          • امکان دسترسی به اطلاعات از طریق دو Master فراهم می گردد.
          • دستگاههای فیلد چند متغیره را ساپورت می کند.
          • دارای پاسخ زمانی مناسب تقریبا 500 میلی ثانیه می باشد.

          پروتکل هارت HART یک پروتکل ارتباطی است که بین دستگاه Master و دستگاه فیلد ارتباط برقرار می کند.

          دستگاههای متصل شونده توسط هارت HART 

          دستگاهها و تجهیزاتی که پروتکل هارت را ساپورت می کنند به دو دسته تقسیم می شوند:

          • دستگاههای Master
          • دستگاههای Slave

          دستگاههای Master شامل ترمینالهای دستی و ترمینالهای مبتنی بر PC در اتاق کنترل می باشند. دستگاههای sLAVE شامل سنسورها، ترانسمیترها و محرکهای مختلف می باشند. محدوده گسترده ای از ابزارهای دو سیمه و چهار سیمه گرفته تا ابزارهای ذاتا ایمن بکار برده می شوند.

          داده های هارت توسط یک مودم FSK بر روی سیگنالهای mA 4-20  سوار می شوند.

          این امر تجهیز را قادر می سازد که بطور دیجیتالی و با استفاده از پروتکل هارت به برقراری ارتباط بپردازد در حالی که در همان زمان انتقال سیگنال آنالوگ نیز در حال انجام است. به عبارت دیگر با استفاده از پروتکل هارت می توانیم سیگنال دیجیتال و آنالوگ را بطور همزمان ارسال و دریافت کنیم. دستگاههای فیلد و ترمینالهای دستی دارای یک مودم FSK می باشند در حالیکه PC ها دارای یک واسط سریال جهت اتصال به مودم داخلی می باشند. ارتباطات از طریق هارت بطور معمول برای یک چنین اتصالات نقطه به نقطه ای مورد استفاده قرار می گیرد.

          میرا کنترل

          در سیستمهای توسعه یافته تر تعداد دستگاههای در دسترس را می توان با استفاده از مالتی پلکسر افزایش داد. علاوه بر آن، هارت شبکه بندی دستگاهها را برای کاربرد در موارد خاص تدارک می بیند. شبکه ها شامل مالتی دراپ، FSK bus و شبکه هایی برای عملیات Split-range می باشند. انواع اتصالات و شبکه های مبتنی بر HART در ادامه تشریح می گردد.

          اتصال نقطه به نقطه 

          ارتباطات HART که در شکل قبل نشان داده شده است را به عنوان اتصال نقطه به نقطه می شناسند. یعنی اینکه ابزار Master تنها به یک دستگاه فیلد متصل می شود. این نوع اتصال منوط به آنست که آدرس دستگاه فیلد همیشه به عدد صفر ست گردد زیرا برنامه عامل برای برقراری ارتباط از این آدرس استفاده می کند.

          مالتی پلکسر

          در شکل بعد استفاده از مالتی پلکسر نشان داده است. این پیکربندی تعداد بیشتری از دستگاههای فیلد را ساپورت می کند. به عبارت دیگر این امکان را فراهم می کند که تعداد بیشتری از دستگاههای هارت به شبکه متصل شوند. کاربر با استفاده از برنامه عامل حلقه جریان ویژه ای را برای ارتباط در نظر می گیرد. در مدتی که ارتباطات در حال انجام است، مالتی پلکسر حلقه جریانی را به Host یا Master متصل می کند. بواسطه ساختار Cascade مالتی پلکسر، Master می تواند با تعداد بسیار زیادی دستگاه (بیش از 1000 دستگاه) ارتباط برقرار سازد که همگی دارای آدرس صفر می باشند.

          میرا کنترل

          مالتی دراپ

          پروتکل هارت HART در اصل برای ترانسمیترها طراحی شد و مالتی دراپ ها نیز به همین منظور توسعه یافتند. در عملکرد مالتی دراپ، دستگاهها داده هایشان و مقادیر اندازه گیری شده را تنها توسط پروتکل هارت تبادل می کنند. جریان آنالوگ تنها جهت برقرار کردن یا Energize کردن دستگاههای دو سیمه استفاده می شود که یک جریان مستقیم 4 میلی آمپر را فراهم می کنند.

          در حالت مالتی دراپ تا 15 دستگاه فیلد به صورت موازی به یکدیگر وصل می شوند. (به یک تک سیم) Master توسط آدرسهای از پیش تعیین شده دستگاههای فیلد که از 1 تا 15 می باشد، آنها را شناسایی می کند.

          میرا کنترل

          لازم به ذکر است که کنترل ولوها را در تلفیق با حالت مالتی دراپ نمیتوان بکار برد. زیرا ارتباطات دیجیتالی هارت بسیار کندتر از آن می باشند که بتوانند برای این منظور بکار روند. بنابراین سیگنالهای کنترلی برای ولوها همواره توسط سیگنالهای جریان استاندارد شده mA 4-20 ارسال می شوند.

          Bus برای عملکرد Split-range

          کاربردهای ویژه ای وجود دارد که در آنها نیاز است که چندین محرک (actuator) یک سیگنال کنترل را دریافت دارند. یک مثال از چنین کاربردهای Split-range کردن کنترل ولوها می باشد. یک ولو در محدوده جریان نامی بین 4 تا 12 میلی آمپر و دیگری بین 12 تا 20 میلی آمپر عمل می کند.

          در عملکرد Split-range، کنترل ولوها بصورت سری در حلقه جریانی قرار می گیرند. هنگامی که هر دو کنترل ولوها به یک واسط هارت مجهزند، ابزار Master باید قادر به تشخیص این نکته باشد که کدام ولو بایستی ارتباط برقرار سازد.

          همانطوریکه در مورد مالتی دراپ ها گفته شد هر دستگاه به یک آدرس و بالعکس متناظر خواهد شد. سیگنال mA 4-20 عمل مورد نیاز دستگاه را انجام می دهد که برای کنترل ولوها انتخاب هد جابجایی ساقه می باشد.

          سیستمهای ارتباطی سطح بالاتر

          برای اینکه سیستم ارتباطی هارت با دیگر سیستم های ارتباطی مرتبط شود، از دریچه ها یا Gateway ها استفاده می شود. این Gateway ها پروتکل مربوطه را به پروتکل شبکه مورد نظر تبدیل می کنند.

          برای مثال:

          HART protocol <==> Fieldbus protocol

          در بیشتر حالات، هنگامی که باید ارتباطات و ارسالهای پیچیده را انجام داد ترجیحا از سیستمهای فیلدباس استفاده می شود.

          حتی بدون تبدیل پروتکل های پیچیده، هارت ارتباطات راه دور را میسر می سازد. سیگنالهای هارت می توانند با استفاده از مبدل های HART/CCITT از طریق خطوط تلفن ارسال شوند. دستگاههای فیلد بطور مستقیم به خطوط اختصاصی کمپانی های سازنده خود متصل شده و بنابراین می توانند با Host که در فاصله دوری قرار دارد ارتباط برقرار سازند.

          روش دو سیمه و امپدانس بار

          سیگنالهای هارت HART بر روی سیگنال های جریان متداول mA 4-20 سوار می شوند. چه دستگاه جهت روش چهار سیمه از جمله یک منبع تغذیه اضافی یا روش دو سیمه در نظر گرفته شده باشد، ارتباطات هارت HART برای هر دو حالت قابل استفاده است. اما ذکر این نکته لازم است که مقدار ماکزیمم بار مجاز یک ابزار مبتنی بر هارت HART ثابت است. میزان بار یک دستگاه مبتنی بر هارت توسط ویژگی های تعریف شده هارت محدود می شود. (ماکزیمم 1100 اهم برای کل بار مدار)

          محدودیت دیگر توسط کنترل کننده های پروسه به ویژه در نصب و گمارش های قدیمی اعمال می شود. خروجی کنترل کننده فرآیند باید قادر به تهیه تغذیه برای ابزارهای دوسیمه باشد. هر چه اتلاف توان ابزار دو سیمه بیشتر باشد، بار آن نیز بیشتر است.

          سایر وظایفی که یک دستگاه با ارتباطات هارت HART انجام می دهد موجب اتلاف توان بیشتر آن در مقایسه با دستگاههای غیر هارت می شود. به هنگام بهینه سازی یک سیستم موجود به سیستم هارت، کنترل کننده پروسس را جهت توانایی آن در تهیه مورد نیاز دستگاه هارت بررسی نمود. کنترل کننده فرآیند بایستی قادر به تهیه حداقل امپدانس بار ابزار هارت HART در mA 20 باشد. بار امپدانسی UB و توان اتلاف شده PW بصورت زیر محاسبه می شوند.

          میرا کنترل

          بایستی توجه نمود که مقدار بار دستگاه هارت همیشه برای جریان mA 20 تعریف می شود.

          چنانچه کنترل فرآیند قادر به تهیه بار از جمله مقاومت کابل و … نباشد، یک تقویت کننده جداساز IS) Isolating Amplifier) سازگار با هارت می تواند نصب گردد.

          درباره نویسنده

          متولد تیرماه 68 کارشناس فروش تجهیزات ابزار دقیق و کنترل

          پست های منتشر شده: 16 پست

          دیدگاه های این مطلب

          در صورت تمایل شما هم می توانید نظر خود را در مورد آشنایی با پروتکل هارت HART (قسمت اول) کنید.

          دیدگاه خود را بیان کنید:

          جدید ترین محصولات

          6ES7214-1HF40-0XB0

          CPU 1214 FC

          Producer: SIEMENS
          6ES7214-1HF40-0XB0

          6ES7214-1AF40-0XB0

          CPU 1214 FC

          Producer: SIEMENS
          6ES7212-1HF40-0XB0

          6ES7212-1HF40-0XB0

          CPU 1212 FC

          Producer: SIEMENS
          6ES7212-1HF40-0XB0

          6ES7212-1AF40-0XB0

          CPU 1212 FC

          Producer: SIEMENS
          6ES7212-1AF40-0XB0

          6ES7217-1AG40-0XB0

          CPU 1217C

          Producer: SIEMENS
          6ES7217-1AG40-0XB0

          6ES7215-1HG40-0XB0

          CPU 1215C

          Producer: SIEMENS
          6ES7215-1HG40-0XB0

          6ES7215-1BG40-0XB0

          CPU 1215C

          Producer: SIEMENS
          6ES7215-1BG40-0XB0

          6ES7215-1AG40-0XB0

          CPU 1215C

          Producer: SIEMENS
          6ES7214-1HG40-0XB0

          6ES7214-1HG40-0XB0

          CPU 1214C

          Producer: SIEMENS
          6ES7214-1HG40-0XB0

          6ES7214-1BG40-0XB0

          CPU 1214C

          Producer: SIEMENS
           6ES7214-1BG40-0XB0

          6ES7214-1AG40-0XB0

          CPU 1214C

          Producer: SIEMENS
          6ES7214-1AG40-0XB0

          6ES7212-1HE40-0XB0

          CPU 1212C

          Producer: SIEMENS
          6ES7212-1HE40-0XB0

          6ES7212-1BE40-0XB0

          CPU 1212C

          Producer: SIEMENS
          6ES7212-1BE40-0XB0

          6ES7212-1AE40-0XB0

          CPU 1212C

          Producer: SIEMENS
          6ES7212-1AE40-0XB0

          6ES7211-1HE40-0XB0

          CPU 1211C

          Producer: SIEMENS
          6ES7211-1HE40-0XB0