Pengantar hart - protokol komunikasi transduser jarak jauh yang dapat dialamatkan

Manfaat mendapatkan dua mesin (atau komponen di dalamnya), untuk berbicara satu sama lain telah menjadi hal yang jelas bagi ahli otomasi dan kontrol Industri, jauh sebelum Internet of Things (IoT) menjadi arus utama. Nilai dalam sensor suhu di jantung poros engkol yang mengirimkan pengukuran untuk mengontrol relai penggerak motor, dll. Jelas, dan salah satu protokol komunikasi yang digunakan untuk mencapainya adalah Protokol HART.

Dengan lebih dari 30 juta perangkat berdasarkan itu, dipasang di seluruh dunia, Protokol HART dianggap sebagai protokol paling populer dalam otomasi industri dan artikel hari ini akan memberikan gambaran tentang apa yang membuatnya begitu istimewa. Kami akan memeriksa fitur-fiturnya, aplikasi, dan versi yang ditingkatkan seperti WirelessHART.

Gambaran

Protokol Highway Addressable Remote Transducer (HART) adalah salah satu protokol komunikasi Terbuka paling populer yang digunakan dalam otomasi industri untuk mengirim dan menerima informasi digital melalui kabel analog antara perangkat pintar dan sistem kontrol. Protokol ini merupakan kemajuan dari Protokol Komunikasi Serial seperti RS485 dan acara yang juga populer digunakan di industri.

Ini dikembangkan oleh Emerson pada 1980-an sebagai protokol komunikasi berpemilik untuk mengatasi cacat pada protokol komunikasi 4-20mA yang ada , yang hanya dapat mengirimkan satu parameter atau nilai terukur. Dengan HART, upaya otomasi industri dapat mencapai komunikasi dua arah yang memperbaiki kekurangan 4-20mA, tetapi juga mempertahankan infrastrukturnya karena Protokol HART dapat mengirim sinyal digital dengan melapisinya pada sinyal analog tanpa distorsi atau interferensi.

Efek di atas adalah terciptanya dua saluran komunikasi simultan: sinyal analog 4-20mA dan sinyal digital. Kombinasi inilah yang menyebabkan protokol ini disebut sebagai Protokol Hibrid. Aplikasi umum seperti perangkat instrumentasi dapat menggunakan sinyal 4-20mA untuk mengirim nilai terukur utama, dan menggunakan sinyal digital yang ditumpangkan untuk mengirim informasi.

Dukungan untuk perangkat berbasis 4-20mA berarti perusahaan dapat terus menggunakan perangkat keras lawas mereka. Ini, bersama dengan protokol yang menjadi "Terbuka", mendorong tingkat adopsi protokol yang tinggi, hingga menjadi standar de-facto di industri

Bekerja dari Protokol Komunikasi HART

Komunikasi HART terjadi antara dua perangkat yang mendukung HART, biasanya perangkat smart field dan sistem kontrol atau pemantauan. Seperti dijelaskan sebelumnya, perangkat berdasarkan protokol mengirimkan sinyal analog menggunakan pendekatan 4-20mA yang ada, dan sinyal digital dengan menempatkan sinyal (sebagai sinyal arus bolak-balik) pada sinyal analog 4-20mA, menggunakan Tombol Pergeseran Frekuensi Bell 202 (FSK).

Prosedur FSK melibatkan superposing gelombang sinus dari dua frekuensi, biasanya 1200Hz dan 2200Hz, yang mewakili bit (masing-masing 1 dan 0) dari data yang dikirim. Penggunaan FSK memastikan bahwa nilai rata-rata dari kedua frekuensi selalu nol, memastikan sinyal analog tidak terpengaruh oleh sinyal digital.

Mode Konfigurasi Jaringan

Untuk memenuhi kebutuhan berbagai aplikasi, perangkat di bawah Protokol HART dapat dikonfigurasi untuk beroperasi dalam dua mode utama;

Mode Titik-ke-Titik
Mode Multi-Jatuhkan

1. Mode Jaringan Titik-ke-Titik

Dalam mode titik-ke-titik, sinyal digital dilapisi pada arus loop 4-20 mA sedemikian rupa sehingga arus 4-20 mA dan sinyal digital dapat digunakan untuk menyampaikan pesan antara master dan slave. Ini mewakili aplikasi khas protokol, dengan variabel dan data sekunder, yang dapat digunakan untuk tujuan pemantauan, pemeliharaan, dan diagnostik, yang dipertukarkan melalui sinyal digital sementara sinyal kontrol dikirim melalui separuh protokol analog. Ilustrasi konfigurasi Jaringan Point-to-Point tersedia pada gambar di bawah ini.

2. Mode Jaringan Multi-Jatuhkan

Modus konfigurasi jaringan Multi-Drop memungkinkan beberapa perangkat dihubungkan pada pasangan kabel yang sama dengan cara yang mirip dengan protokol berbasis alamat seperti i2c. Komunikasi dalam mode multi-drop sepenuhnya digital karena komunikasi melalui arus loop analog dinonaktifkan karena arus melalui masing-masing perangkat ditetapkan pada nilai minimum yang cukup untuk operasi perangkat (biasanya 4mA). Konfigurasi jaringan multi-drop biasanya digunakan dalam aplikasi kontrol pengawasan yang ditempatkan secara luas seperti di tangki farm dan pipa. The multi-Drop konfigurasi jaringan diilustrasikan pada gambar di bawah.

Mode Komunikasi

Umumnya, untuk komunikasi di bawah Protokol HART, satu perangkat dalam jaringan, biasanya sistem kontrol terdistribusi atau PLC, diperlukan untuk ditunjuk sebagai Master sementara yang lain, biasanya perangkat lapangan seperti sensor atau aktuator, ditetapkan sebagai budak.

Namun, cara budak berkomunikasi dengan master bergantung pada mode komunikasi yang dikonfigurasi jaringan. Jaringan perangkat yang mendukung protokol HART dapat diatur untuk berkomunikasi dalam dua mode, yaitu;

Mode komunikasi Permintaan-Respon
Mode rentetan

1. Mode Komunikasi Tanggapan Permintaan

Dalam mode Komunikasi Respons-Permintaan, perangkat budak hanya mengirimkan informasi ketika permintaan dikeluarkan oleh perangkat Master. Meskipun mode ini memiliki kekurangan khususnya kecepatan komunikasi yang berkurang (update data 2-3 per detik), mode ini membantu menjaga protokol tetap sederhana, efektif, dan mudah diterapkan.

2. Mode Beruntun

Untuk memberi ruang bagi variasi dalam persyaratan aplikasi, protokol memiliki mode komunikasi lain yang disebut Mode "Burst". Dalam mode ini, perangkat slave dapat mengirim satu bagian informasi, terus menerus, tanpa perlu permintaan berulang dari master. Mode ini menawarkan kecepatan komunikasi yang lebih cepat hingga 3-4 pembaruan per detik, dan biasanya digunakan dalam skenario di mana lebih dari satu perangkat HART diperlukan untuk mendengarkan komunikasi dari HART Loop.

Untuk memungkinkan pemantauan eksternal, yang diinginkan untuk sebagian besar aplikasi industri, kedua mode komunikasi mendukung hingga dua master yang didefinisikan sebagai primer dan sekunder. Master utama, seperti yang diilustrasikan pada gambar di atas, biasanya merupakan sistem kontrol / pemantauan utama sedangkan master sekunder biasanya berupa perangkat seperti terminal genggam alias HART Communicator, yang hanya terhubung ke loop HART untuk waktu yang singkat.

Manfaat

Beberapa keunggulan protokol HART dibandingkan protokol lain di kelasnya meliputi;

1. Komunikasi dua arah

Penggunaan sinyal analog 4-20mA, misalnya, memungkinkan aliran informasi hanya dalam satu arah (Transmitter ke receiver). Dengan HART Communication, data dapat berjalan ke dua arah.

2. Jenis Informasi Baru

Saluran komunikasi tradisional seperti 4-20mA memungkinkan komunikasi hanya dari variabel proses tunggal tanpa ruang untuk validasi, tetapi Dengan HART, Anda dapat memperoleh hingga 40 informasi tambahan bersama dengan variabel proses.

Beberapa contoh informasi tambahan yang dapat dikumpulkan dari perangkat berbasis HART meliputi;

Status Perangkat & Peringatan Diagnostik
Variabel & Unit Proses
Loop Saat Ini & Rentang%
Parameter Konfigurasi Dasar
Produsen & Tag Perangkat

Menggunakan kombinasi dari informasi tambahan ini, perangkat HART dapat melaporkan sendiri masalah konfigurasi atau operasinya ke perangkat master / host. Ini membantu mengurangi kebutuhan pemeriksaan rutin dan bisa sangat berguna untuk pemeliharaan prediktif.

3. Perangkat Multivariabel

Dalam mode digital, sepasang kabel dapat menangani banyak variabel. Misalnya, satu pemancar dapat menangani input dari beberapa sensor

4. Kemandirian Vendor

Segala sesuatu yang terkait dengan HART diserahkan oleh Emerson kepada HART Communications Foundation, karena standarnya terbuka dan tidak spesifik untuk satu vendor. Ini berarti tidak ada bahaya terjebak dalam "standar" khusus vendor atau regional.

5. Luas Pasokan

HART saat ini dianggap sebagai protokol yang paling banyak didukung untuk industri proses di seluruh dunia. Sangat populer sehingga kemungkinan perangkat industri yang Kompatibel dengan HART hampir 1.

6. Interoperabilitas

Perangkat yang kompatibel dengan HART dan sistem host dapat bekerja sama terlepas dari vendor, model, dan masalah kompatibilitas / interoperabilitas lainnya yang mengganggu jaringan. Bahkan perangkat host yang tidak dirancang untuk menangani informasi digital dari perangkat HART akan tetap memiliki beberapa tingkat interoperabilitas dengan komunikasi melalui sinyal analog 4-20 mA.

WirelessHART

Protokol HART telah berkembang selama bertahun-tahun dengan kemajuan teknologi dan peningkatan kecanggihan kasus penggunaan. Salah satu produk terbaru dari evolusinya adalah teknologi baru yang disebut WirelessHART, yang menawarkan kemungkinan yang benar-benar baru dengan transmisi Informasi HART nirkabel.

Ini adalah protokol komunikasi nirkabel standar pertama (IEC62591) di bidang otomatisasi proses. Berbeda dengan Protokol HART Biasa, pada tahap ini, hanya mendukung komunikasi melalui sinyal digital karena komunikasi analog tidak disediakan karena tidak ada kabel sambungan yang digunakan.

Saat ini, ada dua Solusi WirelessHART yang berbeda termasuk;

Adaptor WirelessHART untuk meningkatkan Perangkat HART yang ada
Pemancar WirelessHART mandiri.

WirelessHART dapat digunakan pada instrumen berkabel yang ada untuk mengumpulkan sejumlah besar informasi yang sebelumnya terdampar di instrumen, dan juga menyediakan cara yang hemat biaya, sederhana, dan andal untuk menerapkan titik pengukuran dan kontrol baru tanpa biaya pemasangan kabel.