پروتکل هارت (HART) چیست؟
پروتکل ارتباطی HART، دو کانال ارتباطی همزمان آنالوگ و دیجیتال را فراهم می کند: ترنسمیتر ابزار دقیق مقدار پارامتر اصلی اندازه گیری شده (PV) را بصورت جریان آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر، برای سیستم مرکزی ارسال می کند. سپس سیستم مرکزی مقدار این جریان را به یک مقدار فیزیکی با توجه به پارامترهای تعریف شده تبدیل میکند.
اطلاعات دیجیتال تجهیز پس از مدولاسیون دیجیتال که عموما توسط روش کلیدگذاری تغییر فرکانس (FSK) انجام میشود، بر روی همان کابلی که جریان آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر را ارسال میکند، انتقال داده میشوند. داده های دیجیتال شامل اطلاعاتی از دستگاه از جمله PV، وضعیت تجهیز و دیگر پارامترهای مورد نیاز آن میباشد.
ترکیب این دو کانال ارتباطی با هم، یک روش ارتباطی کامل با طراحی ساده، استفاده آسان، هزینه کم و بسیار قابل اعتماد را ارائه میدهد.
پروتکل هارت (HART) چگونه کار میکند؟
کلمه HART مخفف عبارت “مبدل با قابلیت گذرگاه آدرس پذیر از راه دور” (Highway Addressable Remote Transducer) میباشد. پروتکل هارت از استاندارد کلیدگذاری تغییر فرکانس یا FSK به منظور قرار دادن داده های دیجیتال بر روی جریان آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر استفاده میکند. این روش امکان برقراری ارتباط دو طرفه بین دستگاه ابزار دقیق هوشمند و سیستم مرکزی به منظور انتقال تمام متغیرها و پارامترها تجهیز را فراهم میکند.
سرعت ارتباطی در پروتکل HART هارت 1200bps است و هیچ اختلالی را در سیگنال آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر ایجاد نمیکند و این امکان را برای سیستم مرکزی فراهم مینماید تا دو یا چند داده دیجیتال را در هر ثانیه از ترنسمیتر ابزار دقیق هوشمند دریافت کند. از آنجایی که فاز سیگنال دیجیتال FSK پیوسته است، هیچ تداخلی با سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر وجود نخواهد داشت. پروتکل HART دو کانال ارتباطی همزمان را فراهم میکند: سیگنال آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر و سیگنال دیجیتال.
سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر مقدار متغیر اصلی تجهیز ابزار دقیق را از طریق حلقه جریان بصورت بسیار سریع و قابل اطمینان منتقل میکند. دیگر پارامترهای دستگاه با استفاده از سیگنال دیجیتال قرار گرفته بر روی سیگنال آنالوگ، منتقل میشوند.
سیگنال دیجیتال شامل اطلاعاتی از دستگاه شامل وضعیت دستگاه، مقادیر اندازه گیری شده و پارامترهای قابل تنظیم میباشد. این دو کانال در ترکیب با یکدیگر یک روش ارتباطی کم هزینه و بسیار پایدار و قابل اطمینان را ارائه میدهند.
روش کلیدگذاری تغییر فرکانس (FSK)
ارتباط دیجیتال HART مبتنی بر روش Bell 202 بوده و از تکنیک کلیدگذاری تغییر فرکانس (FSK) برای قرار دادن داده های دیجیتال دو طرفه بر روی سیگنال جریان 4-20mA استفاده میکند. سیگنال HART دارای سرعت ارتباطی 1200 بیت بر ثانیه می باشد و معمولا قادر به ارائه 2 تا 3 بروزرسانی در ثانیه برای متغیر اصلی است.
گیرنده های اصلی و ثانویه
در پروتکل هارت (HART) امکان استفاده از چند میزبان یا سیستم مرکزی در یک شبکه وجود دارد.
پروتکل درخواست - پاسخ
فناوری HART یک پروتکل درخواست – پاسخ است، به این معنی که تجهیز ابزار دقیق هوشمند تنها زمانی صحبت میکند که میزبان با آن صحبت کند. از پروتکل HART می توان برای انتقال اطلاعات به/از ترنسمیترهای ابزار دقیق هوشمند و سیستم های کنترل یا نظارت مرکزی استفاده کرد.
پروتکل هارت را میتوان به دو صورت پیکربندی نمود
شبکه هارت HART را میتوان به دو صورت نقطه به نقطه (Point-to-Point) و چندافتی (Multidrop) پیکربندی نمود.
پروتکل هارت را میتوان به دو صورت پیکربندی نمود
شبکه هارت HART را میتوان به دو صورت نقطه به نقطه (Point-to-Point) و چندافتی (Multidrop) پیکربندی نمود.
دو روش پیام رسانی
دو نوع روش پیام رسانی در ارتباط HART استفاده میشوند که عبارتند از: Request-Reply و Burst Mode. در روش Request-Reply، سیستم مرکزی فرمانی را ارسال میکند و تجهیز پاسخ میدهد.
دو روش پیام رسانی
دو نوع روش پیام رسانی در ارتباط HART استفاده میشوند که عبارتند از: Request-Reply و Burst Mode. در روش Burst، سیستم مرکزی فرمانی را ارسال میکند و سپس تجهیز بصورت پیوسته داده ها را ارسال مینماید.
دستورات پروتکل هارت HART
هارت، HART، یک پروتکل ارتباطی درخواست – پاسخ است به این معنی که هر ارتباط با یک درخواست (یا فرمان) از سمت سیستم مرکزی آغاز می شود. سیستم مرکزی عموما یک سیستم کنترل توزیع شده (DCS)، PLC یا یک سیستم مدیریت دارایی مبتنی بر رایانه است. تجهیز هم معمولا یک دستگاه اندازه گیری ابزار دقیق (ترنسمیتر) مانند فشار سنج، سطح سنج، دما سنج، جریان سنج یا … است.
به منظور اطمینان از اینکه هر دستگاه مجهز به پروتکل HART از هر سازنده ای می تواند به درستی ارتباط برقرار کرده و به یک فرمان با اطلاعات صحیح پاسخ دهد، مجموعه دستورات در مشخصات پروتکل HART تعریف و در تمام دستگاه های ثبت شده HART پیاده سازی شده است.
این دستورات در توابع نرم افزار موجود در سیستم مرکزی گنجانده شده اند. قابلیتهای خاص یک دستگاه (فرمانهای خاص دستگاه) زمانی در اختیار سیستم کنترل مرکزی قرار میگیرد که دستورالعملهای موجود در فایل Device Description (DD) دستگاه خاص، به آن داده شود.
نکته مهم این است که نشانگرهای وضعیت تعریف شده دستگاه همراه با هر پاسخ ارتباطی از سمت دستگاه به سیستم مرکزی، گنجانده شده است. سپس سیستم مرکزی این نشانگرهای وضعیت را تفسیر کرده و ممکن است اطلاعات اولیه تشخیص دستگاه را ارائه دهد.
مجموعه دستورات HART یک ارتباط یکدست و قابل اطمینان را برای همه ترنسمیترها فراهم می کند. برنامه های سیستم مرکزی ممکن است هر یک از دستورات لازم را برای یک برنامه خاص پیاده سازی کنند. مجموعه دستورات شامل سه دسته است:
Universal
همه دستگاههایی که از پروتکل HART استفاده میکنند باید دستورات universal را تشخیص داده و پشتیبانی کنند. دستورات universal دسترسی به اطلاعات مفید در حالت عادی را فراهم می کنند (به عنوان مثال، خواندن متغیر اصلی و واحدها).
Common Practice
دستورات Common Practice عملکردهایی را ارائه میکنند که توسط بسیاری از دستگاههای ارتباطی HART، اما نه لزوماً همه، پیادهسازی میشوند.
Device Specific
دستورات Device Specific عملکردهایی را نشان می دهد که برای هر تجهیز منحصر به فرد است. با این دستورات میتوان به اطلاعات تنظیم، کالیبراسیون و همچنین اطلاعات مربوط به ساخت دستگاه دسترسی داشت. اطلاعات مربوط به دستورات Device Specific از طریق سازندگان دستگاه در دسترس است.