پروتکل هارت HART چیست

مهرداد سبزواری

معرفی پروتکل HART

اکثر دستگاه های هوشمند نصب شده در سراسر جهان امروز با HART فعال هستند. به زبان ساده ، پروتکل HART (Highway Addressable Remote Transducer) یک استاندارد جهانی برای ارسال و دریافت اطلاعات دیجیتالی از طریق سیم های آنالوگ بین دستگاه های هوشمند و سیستم کنترل یا نظارت یا ارتباطات دستی است.

به طور دقیق تر ، HART یا هارت  یک پروتکل ارتباطی دو جهته است که دسترسی داده ها را بین ابزارهای دستی میدانی و سیستم های میزبان (DCS / PLC یا Handheld Communicator) فراهم می کند. میزبان می تواند هرگونه نرم افزار از دستگاه دستی یا لپ تاپ تکنسین گرفته تا کنترل فرایند ، مدیریت دارایی ، ایمنی یا سیستم دیگر  با استفاده از هر سیستم کنترلی  باشد.

فناوری هارت HART

استفاده از فناوری HART در هنگام استفاده برای راه اندازی و کالیبراسیون دستگاه های هوشمند و همچنین برای تشخیص آنلاین دائمی ،بسیار آسان و قابل اعتماد است.

دلایل مختلفی برای برقراری ارتباط میزبان با دستگاه های هوشمند وجود دارد که شامل موارد زیر است

پیکربندی یا پیکربندی مجدد دستگاه

تشخیص عیب دستگاه

عیب یابی دستگاه

خواندن مقادیر اندازه گیری که توسط دستگاه ارائه میشود

سلامت و وضعیت دستگاه

و خیلی موارد دیگر

سالها موفقیت در استفاده از این مزایا توضیح می دهد که چرا فناوری HART بزرگترین پروتکل ارتباطی است که در بیش از 30 میلیون دستگاه در سراسر جهان نصب شده است.

اگر تا به حال از تلفن ثابت استفاده کرده اید و به صفحه نمایش Caller ID توجه کرده اید که چه کسی از طریق تلفن  تماس می گیرد یا شماره تلفن تماس گیرنده چیست، پس تا اینجای کار نیمی  از آنچه پروتکل HART انجام می دهد را می دانید - این که "چه کسی" تماس می گیرد. در یک شبکه اتوماسیون صنعتی عبارت  "چه کسی" یک دستگاه میدان هوشمند مبتنی بر ریزپردازنده است. ارتباطات  HART علاوه بر اینکه به چنین وسایل هوشمند اجازه "تلفن خانه" را می دهد ، به یک سیستم میزبان اجازه می دهد تا داده ها را به ابزار هوشمند ارسال کند.

HART در اواخر دهه 1980 بر اساس همان فناوری ای  ظهور کرد که Caller ID را به تلفن آنالوگ وارد کرد و روز به روز توسعه پیدا کرد تا جایی که محصولات اتوماسیونی که هم اکنون با WirelessHART ارتباط داخلی ساخته می شوند نیز از تکنولوژی هارت استفاده میکنند

پروتکل هارت چگونه کار می کند؟

دستگاه های که در هارت استفاده میشوند شامل plc ها و ترنسمیتر ها وحسگرها، ترانسدیبه نووسرها ، عملگرها (Actuators) و کنترل کننده‌ها هستند 

سرعت تبادل داده تحت پروتکل هارت 1200bps (1200 بیت در ثانیه) می باشد. برای درک بهتر این میزان سرعت می توان گفت که تحت پروتکل هارت، ایستگاه master در هر ثانیه می تواند یک یا دو بار کمیت اندازه گیری شده توسط ایستگاه slave را دریافت و آپدیت کند.

حال به نحوه ارسال اطلاعات  در پروتکل هارت میپردازیم

اطلاعات هارت توسط سیگنال 4-20 میلی امپر منتقل میشود این اطلاعات توسط کارت سیگنال plc میتواند خوانده شود 

کانال آنالوگ که شامل سیگنال جریان 4-20mA می باشد و این نوع سیگنال استاندارد ترین و قابل اطمینان ترین سیگنال آنالوگ صنعتی می باشد.

· کانال دیجیتال که که شامل یک سیگنال دیجیتال با دامنه بسیار کم است که روی سیگنال آنالوگ 4-20mA سوار می شود. این سیگنال هیچ نوع تداخلی در سیگنال جریان آنالوگ به وجود نمی آورد. این سیگنال دیجیتال شامل اطلاعاتی مانند وضعیت دستگاه، عیب یابی، تنظیم و پیکربندی و ... می باشد.

یکی دیگر از قابلیت های پروتکل هارت  تعریف 2 یا چند دستگاه بصورت master میباشد

توپولوژی هارت

دستگاه هایی که در پروتکل هارت استفاده میشوند به دو صورت اتصال نقطه به نقطه و اتصال معمول چند انشعابی عمل میکنند.
اتصال نقطه به نقطه
در این نوع اتصال که ساده‌ ترین نوع ارتباط میان گره ها (دستگاه ها) میباشد، تنها دو دستگاه میتوانند توسط واسط انتقال به طور مستقیم به یکدیگر متصل شوند. در این اتصال از سیگنال 4-20 mAابتدایی تنها برای برقراری ارتباط با یک متغیر فرآیندی استفاده میشود در حالی که سایر متغیرهای فرآیند، پارامترهای پیکربندی فرآیند و نیز داده های مربوط به دستگاه های دیگر به صورت دیجیتال و با استفاده از سیگنال مدوله ی HART ارسال میشوند.

اتصال چند انشعابی
در هنگام پیاده سازی یک شبکه، گاه این نیاز وجود دارد که چندین دستگاه به هم متصل شوند. در این حالت از توپولوژی و روش اتصال چند انشعابی استفاده شده است. در این روش ارتباطی در پروتکل HART تنها یک جفت سیم مورد نیاز است و در صورت استفاده میتواند تا 16 دستگاه فیلد که منبع تغذیه ی اضطراری و Safety barriers را هم شامل میشود تحت پوشش قرار دهد. در این روش اتصال، تمام مقادیر فرآیند به صورت دیجیتال ارسال می شوند و آدرس Polling برای همه دستگاه ها بزرگتر از 0 است و کمترین جریان عبوری( به طور متعارف 4 mA ) به هر دستگاه اختصاص داده می شود. از این روش اتصال بیشتر در مواردی که هدف نصب و ایجاد کنترل نظارتی توزیع شده می باشد )مثل خطوط لوله، ایستگاه های انتقال مواد، مخازن و انبارها)استفاده می شود.

در انتها برای آشنایی بیشتر با پروتکل هارت و کار با آن، دعوت میکنیم آموزش پروتکل هارت در ابزار دقیق را ملاحظه نمایید.