Mikä on HART?
HART Communication Protocol (Highway Addressable Remote Transducer) on analoginen ja digitaalinen viestintäprotokolla, joka on suunniteltu teollisiin automaattisiin prosessimittauksiin. HART-protokollan suurin etu on, että se voi kommunikoida vanhojen 4-20 mA:n analogisten instrumentointisilmukoiden kautta ja jakaa isäntäjärjestelmien käyttämän olemassa olevan johdinparin.
Protokollan on kehittänyt Rosemount Inc., ja se perustui varhaiseen viestintästandardiin Bell 202 1980-luvun puolivälissä patentoituna digitaalisena viestintäprotokollana heidän älykkäille kenttäinstrumenteilleen. Siitä kehittyi pian HART, ja vuonna 1986 siitä tuli avoin protokolla. Sittemmin protokollan ominaisuuksia on parannettu spesifikaatioiden peräkkäisten versioiden avulla. HART-viestintäprotokolla on avoin standardi, jonka omistavat FieldComm Groupin jäsenyritykset, joista suurimmalla osalla on HART-tuotteita markkinoilla.
HART-protokollan edut
- Yksi suosituimmista teollisista protokollista nykyään, johtuen valtavasta asennettujen 4-20 mA järjestelmien määrästä maailmanlaajuisesti.
- HART-protokolla on ollut hyvä siirtymäprotokolla käyttäjille, jotka halusivat käyttää vanhoja 4-20 mA signaaleja, mutta halusivat ottaa käyttöön “älykkään” protokollan.
- Tuotteet, jotka käyttävät HART-protokollaa tuottamaan sekä analogisia 4-20 mA että digitaalisia signaaleja, tarjoavat joustavuutta, jota ei ole saatavilla minkään muun viestintätekniikan kanssa.
Hart-signaali, tilat ja viestin rakenne
Alkuperäinen ja edelleen eniten käytetty versio on taajuusmuuttaja (“FSK”…jolla on nopeus 1200 bps). Tämän erikoisuutena on, että se käyttää matalaa modulaatiota päällekkäin tavallisen 4-20 mA virtapiirin päälle, jota on laajalti käytetty tällaisissa mittauksissa.
Koska HART-signaali on pieni ja koostuu siniaalloista, sen keskiarvo on nolla, eikä se vaikuta merkittävästi analogisen virtasignaalin tarkkuuteen, joten sitä voidaan edelleen käyttää. Tämä tarjoaa yhteensopivuuden olemassa olevien järjestelmien kanssa ja mahdollistaa samanaikaisen digitaalisen viestinnän laitteen konfigurointia, tilantarkistusta, diagnostiikkaa ja niin edelleen varten.
Myöhemmät tekniset tiedot sisältävät suuremman nopeuden 9600 bps ja HART rev. 7 sisältää WirelessHART™:n, joka tarjoaa nopeat ominaisuudet lyhyen kantaman radioverkoille 2,4 GHz ISM-kaistalla.
Kuva 1. HART-signaali
Kuva 2. FSK HART -viestien rakenne
Erilaisia käyttömahdollisuuksia
- Master-Slave
- Pisteestä pisteeseen
- Multidrop
- Burst
Master-Slave
HART on isäntä-orja-tiedonsiirtoprotokolla, mikä tarkoittaa, että normaalin toiminnan aikana jokainen orjaviestintä (kenttälaite) aloittaa isäntäviestintälaitteen. Jokaiseen HART-silmukkaan voidaan kytkeä kaksi isäntälaitetta. Ensisijainen pääyksikkö on yleensä hajautettu ohjausjärjestelmä (DCS), ohjelmoitava logiikkaohjain (PLC) tai henkilökohtainen tietokone (PC). Toissijainen päälaite voi olla kämmenpääte tai toinen tietokone. Orjalaitteet sisältävät lähettimiä, toimilaitteita ja ohjaimia, jotka vastaavat ensisijaisen tai toissijaisen isäntälaitteen komentoihin. Tiedonsiirtoon vaaditaan vähintään 230 Ω silmukkaimpedanssi.
Pisteestä pisteeseen
Point-to-point -tilassa perinteistä 4-20 mA:n signaalia käytetään prosessimuuttujan viestimiseen, kun taas lisäprosessimuuttujat, konfigurointiparametrit ja muut laitetiedot siirretään digitaalisesti HART-protokollan avulla. HART-signaali ei vaikuta analogiseen 4-20 mA signaaliin ja sitä voidaan käyttää ohjaukseen normaalisti. Digitaalinen HART-tiedonsiirtosignaali tarjoaa pääsyn toissijaisiin muuttujiin ja muihin tietoihin, joita voidaan käyttää käytössä, käyttöönotossa, kunnossapidossa ja diagnostiikassa. Esimerkiksi paine voidaan lähettää 4-20 mA, joka edustaa painealuetta, ja lämpötila voidaan lähettää digitaalisesti samojen johtojen kautta. Point-to-point-tilassa HART-protokollan digitaalinen osa voidaan nähdä eräänlaisena digitaalisena rajapintana virtasilmukalle.
Kuva 3. Point-to-point
Multidrop
Multidrop vaatii vain pari kaapelia ja soveltuvin osin turvaesteitä ja ylimääräisen virtalähteen jopa 15 kenttäyksikölle. Kaikki prosessiarvot välitetään digitaalisesti. Multidropissa kaikki kenttälaitteiden kyselyosoitteet ovat > 0, ja kunkin laitteen läpi kulkeva virta on kiinnitetty minimiarvoon (tyypilliessti 4 mA).Käytä multidrop-liitäntää kaukana toisistaan olevien ohjauslaitteistojen valvontaan, esim. putkistot, siirtoasemat ja säiliötilat.
Kuva 4. Multidrop
Burst
Jotkut HART-laitteet tukevat valinnaista Burst-tiedonsiirtotilaa. Burst mahdollistaa nopeamman tiedonsiirron (3-4 datapäivitystä sekunnissa). Purskeessa isäntä ohjaa orjaa jatkuvasti lähettämään standardinmukaista HART-vastausviestiä (esim. prosessimuuttujan arvoa). Isäntä vastaanottaa viestin korkeammalla nopeudella, kunnes se käskee orjaa lopettamaan purskeen.
Mikä on HART-auditointi?
HART-versio määrittelee HART-protokollan vakio-ominaisuudet ja toiminnot. Versio 5 kehitettiin parantamaan analogisten laitteiden konfigurointia ja ylläpitoa. Sen on kehittänyt Emerson ja se avattiin prosessiautomaatioteollisuudelle 1980-luvun lopulla, jotta käyttäjät voivat tilata instrumentteja ja järjestelmiä eri valmistajilta ja varmistaa yhteentoimivuuden.
Versio 6 lisäsi ominaisuuksia, jotka parantavat langallisten HART-laitteiden digitaalista järjestelmäintegraatiota. Se julkaistiin vuonna 2001, mutta vain harvat valmistajat ovat kehittäneet tuotteita tämän version perusteella.
Versio 7 lisäsi ominaisuuksia langattoman viestinnän optimoimiseksi. Se tarjoaa myös yhden standardin langalliselle ja langattomalle HART-viestinnälle. Standardi julkaistiin vuonna 2007. Wireless HART-laitteet ovat olleet saatavilla vuodesta 2008, kun taas langalliset HART-version 7 tuotteet tulivat saataville muutama vuosi sitten.
Avain HART ominaisuuksille
| Versio | 5 | 6 | 7 |
| Analogisen silmukan tarkistus | X | X | X |
| Tag (8 merkkiä) | X | X | X |
| Laitteen kalibrointi | X | X | X |
| Laitteen kokoonpano | X | X | X |
| Lähetysviestit (sarjakuvaus) | X | X | X |
| Multi-Variable viestintä (4) | X | X | X |
| Ensisijainen muuttuja tilalla | X | X | X |
| Laitestatus | X | X | X |
| Pitkä tunniste (32 merkkiä) | X | X | |
| Paikanna laite | X | X | |
| Digitaalisen silmukan tarkistus | X | X | |
| HART-ohjelmiston lukitus | X | X | |
| Usea muutettava osoite | X | X | |
| Langaton | X | ||
| Laajennettu valmistajatunnus | X | ||
| Parannettu monimuuttujaviestintä (8) | X | ||
| Aikaleima | X | ||
| Trendit | X | ||
| Synkronoitu näytteenotto | X |
Laitteen kuvaus (DD):
HART-kenttälaitteen DD vastaa suunnilleen sähköistä tietolehteä. DD:t poistavat isännöintipalvelujen tarjoajien tarpeen kehittää ja tukea mukautettuja käyttöliittymiä ja ohjaimia. DD tarjoaa kuvan kaikista laitteen parametreista ja toiminnoista standardoidulla kielellä.
Kenttälaitteet toimitetaan FCG:lle laadunvalvontaa ja rekisteröintiä varten. Samoin DD-tiedostot. Ne toimitetaan FieldComm Groupille rekisteröitäväksi DD-kirjastoon. Laatutarkistukset suoritetaan jokaiselle lähetetylle DD:lle sen varmistamiseksi, että määrityksiä noudatetaan, jotta varmistetaan, ettei ole ristiriitoja jo rekisteröityjen DD:iden kanssa, ja että ne toimivat tavallisten HART-isäntien kanssa.
Device Type Manager (DTM)
Device Type Manager (DTM) on osa FDT-standardia, joka on laiteohjelmistokomponentti, joka sisältää laitekohtaisia tietoja, toimintoja ja logiikkaelementtejä. DTM:t voivat vaihdella yksinkertaisesta graafisesta käyttöliittymästä laiteparametrien asettamiseen erittäin kehittyneisiin sovelluksiin, sen avulla voidaan suorittaa monimutkaisia laskelmia diagnostiikkaa ja huoltoa varten tai toteuttaa monimutkaisen liiketoimintalogiikan laitteen kalibrointiin. DTM sisältää myös FDT-yhteensopivia liitäntöjä, jotka mahdollistavat yhteydenpidon liitetyn järjestelmän tai työkalun kanssa.
IPAQ 520
IPAQ 530