جافين باكشي، وأودري ديرين (تكساس إنسترومنتس)

تسمح أجهزة الاتصال في أنظمة الأتمتة الصناعية بنقل البيانات والأوامر والمعلومات الأخرى لتحسين التحكم في العمليات وأتمتة المصنع. من الصعب على موظفي الصيانة مراقبة جميع المعدات في المصنع - وهذا من شأنه أن يقلل الإنتاجية بشكل كبير.

إحدى طرق التحكم الآلي في المعدات الصناعية هي استخدام حلقة تيار 4...20 مللي أمبير. يتم إرسال المتغير الأساسي (PV) كقيمة حالية في حدود 4...20 مللي أمبير في خط من سلكين مزود بالطاقة إلى المستشعر على نفس السلكين. عيب هذه الطريقة هو أنه يمكنك التحكم في متغير واحد فقط. يتيح بروتوكول محول الطاقة عن بعد القابل للعنونة على الطريق السريع (HART) إمكانية نقل المزيد من المعلومات عبر نفس النظام المكون من سلكين. لقد كان بروتوكول هارت وسيلة اتصال شائعة في الأتمتة الصناعية لسنوات عديدة. دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل هارت، ولكن دعونا نتذكر أولاً كيف ظهرت هذه الطريقة.

في أواخر التسعينيات، اعتمدت الاتصالات السلكية واللاسلكية معيار Bell 202 لنقل معلومات المتصل عبر الخطوط الصوتية. يقوم مفتاح تحويل إشارة التردد (FSK) الموجود في النطاق الصوتي، والذي يستخدم نغمات معدلة لإرسال إشارة رقمية، بإرسال معلومات رقمية تحتوي على رقم هاتف. يظهر الشكل 1 نقل البيانات بسرعة 1200 بت في الثانية باستخدام نغمات 1200 و2200 هرتز تمثل الثنائي "1" أو "0" على التوالي.

لا تتداخل معلومات المتصل مع الإشارة الصوتية، لذا يمكن إرسالها جميعًا عبر نفس الخط الفعلي. وأتاح إدخال طريقة "Bell 202 FSK"، حتى قبل رفع سماعة الهاتف، إرسال كمية كبيرة من البيانات على الجهة المستقبلة، والتي يمكن تخصيصها واستخدامها لنقل معلومات رقم المتصل. بمجرد التقاط سماعة الهاتف، ستتوقف إشارة FSK عن الإرسال وسيتم استقبال الإشارة الصوتية ونقلها إلى مكبر صوت سماعة الهاتف.

في مثال معلومات المتصل، تكون الإشارة الصوتية هي المتغير الأساسي (PV). وبالمثل، في التطبيقات الصناعية، تُعرف الإشارة التي يجب مراقبتها باستمرار بالقيمة المقاسة الأولية. يمكن أن تكون القيمة الرئيسية المقاسة هي درجة الحرارة أو مستوى الضغط المقاس في المنشآت الصناعية.

يقوم مودم HART بتعديل الإشارة وإلغاء تشكيلها باستخدام FSK بنفس طريقة نظام الإرسال Bell 202. أصبح من الممكن الآن نقل البيانات الرقمية، مثل تحديد المستشعر أو الجهاز، أو بيانات المعايرة، أو معلومات تشخيصية أخرى، عبر نفس الجهازين. حلقة سلكية تنقل إشارة تيار مستمر 4…20 مللي أمبير. يُطلق على هذا النظام عادةً اسم "الهجين" لأنه يجمع بين الإشارات الرقمية والتناظرية. ويبين الشكل 2 الإشارة التناظرية والإشارة الرقمية المتراكبة.

يحتوي بروتوكول HART على وضعين رئيسيين للتشغيل: وضع الوصول من نقطة إلى نقطة ووضع الوصول المتعدد. في وضع نقطة إلى نقطة يوجد سيد واحد وعبد واحد. وتتمثل ميزة هذا الوضع في أنه يتم نقل البيانات الرقمية بسهولة عبر خط 4...20 مللي أمبير الحالي، مما يسمح بمراقبة أكثر تفصيلاً للجهاز عبر البنية التحتية لشبكة الاتصالات الحالية. في وضع الوصول المتعدد، يتم توصيل العديد من الأسياد والعبيد بخط واحد، لذلك يمكن نقل بيانات بروتوكول HART FSK فقط، ويتم تثبيت تيار الخط الثابت عند 4 مللي أمبير. يمكن أن يكون وضع الوصول المتعدد مفيدًا إذا كانت العديد من الأجهزة البعيدة تتواصل مع نظام تحكم واحد، ولكن في هذه الحالة لا يمكن استخدام تيار التيار المستمر لواجهة الحلقة الحالية لمراقبة القيمة الرئيسية المقاسة بشكل مستمر.

هارت هي طريقة اتصال مرنة لمجموعة متنوعة من تطبيقات الأتمتة الصناعية. توفر الطريقة نفسها العديد من المزايا التي تقلل التكلفة وتبسط التصميم وتوفر النتائج مثل:

• نقل المعلومات الرقمية (ذات الصلة) دون مقاطعة الإشارة التناظرية الرئيسية؛
• تنفيذ بسيط باستخدام البنية التحتية الحالية المكونة من سلكين بقدرة 4...20 مللي أمبير؛
• طرق عمل مرنة لتلبية احتياجات الأنظمة المختلفة.

عائلة رقائق DAC8740H الخاصة بالشركة تكساس الادواتيدمج مودم HART مع جميع المكونات المرتبطة به، مثل مرجع الجهد والمولد، لسهولة التكامل في نظام كامل.

اقرأ تكملة الموضوع في مقال "أجهزة الإرسال القياسية HART".

تم تطوير بروتوكول HART بواسطة شركة Rosemount في عام 1986 لأجهزة الإرسال والاستقبال الذكية. مع استمرار العمل وتوسيع نطاق الأجهزة المدعومة، تم فتح هذا البروتوكول في نهاية عام 1989، وبعد ذلك بقليل تم إنشاء منظمة مجموعة مستخدمي HART. نمت عضوية مجموعة مستخدمي هارت من 18 شركة في عام 1990 إلى 79 في عام 1993. وفي عام 1993، تم إنشاء مؤسسة هارت للاتصالات (HCF) ونقل فيشر روزماونت ملكية البروتوكول إلى المنظمة.

مؤسسة هارت للاتصالات هي المصدر الرسمي للمعلومات حول تكنولوجيا هارت للصناعة وأعضائها في جميع أنحاء العالم. هذه المنظمة هي شركة غير ربحية تم تنظيمها خصيصًا لتنسيق ودعم تطبيق تقنية HART في جميع أنحاء العالم. وتتمثل المهمة الأساسية للمنظمة في إظهار فوائد وقيمة هذه التكنولوجيا الهامة. العضوية في المنظمة مفتوحة لجميع الموردين والمستخدمين النهائيين وغيرهم من المهتمين باستخدام بروتوكول هارت. تحتفظ المنظمة بمنتدى على CompuServe مخصص لبروتوكول HART (GO HARTCF) وخادم الويب العالمي على http://www.ccsi.com/hart/.

لسنوات عديدة، قدم معيار الاتصالات إشارة تيار تناظرية على المستوى الميداني لمعدات أتمتة العمليات. يتراوح حجم الإشارة الحالية بين 4-20 مللي أمبير بما يتناسب مع متغير العملية المقاسة. عادةً، تتوافق إشارة 4 مللي أمبير مع الحد الأدنى (0%) لنطاق المعايرة، وتتوافق إشارة 20 مللي أمبير مع الحد الأعلى (100%) لنطاق المعايرة. إذا تمت معايرة النظام في نطاق 0-100%، فإن متوسط ​​إشارة التيار التناظري البالغة 12 مللي أمبير يتوافق مع 50% من النطاق. استخدمت جميع الأنظمة تقريبًا هذا المعيار الدولي لتوصيل قيم متغيرات العملية في أنظمة التشغيل الآلي.

يمكن للقناة التناظرية نقل كمية محدودة من المعلومات.

تعمل الأجهزة الميدانية الذكية التي تستخدم بروتوكول HART (محول الطاقة عن بعد القابل للتوجيه على الطريق السريع) على تحسين هذا الوضع بشكل كبير، حيث يتم فرض البيانات الرقمية على إشارة 4-20 مللي أمبير أثناء الإرسال دون التفاعل مع تلك الإشارة.

يوفر هذا الاستخدام للإشارات ميزتين مهمتين:

- تظل استراتيجيات الكابلات والتحكم الحالية دون تغيير؛

- يصبح من الممكن نقل كميات كبيرة من البيانات الإضافية (عادةً أرقام العلامات (المواضع)، والمعلمات المقاسة، والبيانات المتعلقة بنطاق القياس، ومعلومات حول الجهاز نفسه والتشخيصات). يتم استخدام القدرة على نقل هذه البيانات أثناء التثبيت والمعايرة والصيانة وتشغيل أنظمة التحكم الآلي في العمليات. وفي الوقت نفسه، تم تحقيق انخفاض كبير في التكلفة وتحسين التنسيق واستخدام شبكة الأجهزة الذكية.

يسمح بروتوكول HART باتصال المعلومات ثنائي الاتجاه، بحيث يمكن التحقق من معلمات الجهاز وتعديلها من أي نقطة على الكابل.

يوفر بروتوكول HART أيضًا وضعًا رقميًا بالكامل، والذي يسمح بتوصيل العديد من الأجهزة بالتوازي مع خط واحد، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف المواد اللازمة لتركيب وتعديل قنوات الاتصال.

نظرًا لأن بروتوكول HART مدعوم من قبل الشركات المصنعة الكبرى لمعدات التشغيل الآلي، فإن توافق أنظمة التحكم في العمليات لأغراض مختلفة والتكامل مع أجهزة الكمبيوتر والمعدات ذات المستوى الأعلى مضمون عمليًا.

اليوم، يوفر بروتوكول HART مزايا لا تشمل فقط التوافق مع أنظمة 4-20 مللي أمبير الحالية، ولكن أيضًا إدخال تقنية FIELDBUS الرقمية بالكامل.

المزايا ومبدأ التشغيل

يستخدم بروتوكول HART معيار Bell 202 Frequency Keying، حيث يقوم بتركيب إشارة رقمية ذات سعة منخفضة (±0.5 مللي أمبير) على إشارة تناظرية بقدرة 4-20 مللي أمبير، كما هو موضح في الشكل 1. 4.1.

وفقًا لمعيار Bell 202، يتم تحويل الإشارة الرقمية إلى ترددين - 1200 هرتز و2200 هرتز، على التوالي، يمثلان البتتين 1 و0 (الشكل 4.1).

نظرًا لأن إشارة FM هذه لها قيمة متوسطة صفرية وأن مرحلة الإشارة مستمرة، فإن إشارة FM ليس لها أي تأثير على الإشارة التناظرية 4-20 مللي أمبير.

يوفر بروتوكول HART، وفقًا لمعيار Bell 202، نقل البيانات بمعدل 1200 بت في الثانية دون انقطاع للإشارة 4-20 مللي أمبير، مما يسمح للمرسل الرئيسي بتحديث معلومات الجهاز الميداني أكثر من مرتين في الثانية. يمكن توصيل جهازين رئيسيين بحلقة HART الحالية. الجهاز الرئيسي عادة ما يكون نظام تحكم أو كمبيوتر، في حين أن الجهاز الرئيسي الآخر قد يكون جهاز اتصال محمول أو كمبيوتر محمول.

هناك محطة قياسية محمولة باليد تسمى "HART Communicator" قادرة على أداء عمليات الجهاز الميداني بطريقة متسقة. يمكن تنفيذ وظائف الشبكة الأخرى باستخدام البوابات.

مزايا بروتوكول هارت هي:

- المعلومات التناظرية والرقمية أو، على سبيل المثال، يتم إرسال معلومات الطاقة والمعلومات الرقمية في وقت واحد عبر خط واحد؛

- يتم الإرسال ثنائي الاتجاه عبر قناة رقمية؛

- يتم تفاعل بعض الأجهزة الميدانية مع الأجهزة الميدانية الأخرى؛

- من الممكن وجود العديد من الأجهزة الرئيسية، من بينها إما نظام تحكم أو جهاز اتصال محمول؛

- يتم دائمًا إجراء اتصال متوازي للأجهزة في الشبكة (الإسقاط المتعدد أو الشبكة)؛

- يتم إرسال المعلومات باستخدام أجهزة المودم عبر الهاتف أو قناة الراديو؛

- يمكن استخدام أوضاع التشغيل المتعددة الإرسال والمحدد؛

– يتم التوحيد والتوافق مع كافة أجهزة هارت.

- يُستخدم نسق مرن للرسائل، مما يسمح للشبكة بالتكيف مع تضمين أجهزة من أنواع أخرى؛

- يمكن إرسال ما يصل إلى أربع قيم متغيرة في رسالة واحدة، ويدعم إجمالي ما يصل إلى 256 متغيرًا يصف الجهاز.

– إذا تم نقل الطاقة عبر الخط، فلا يمكن أن يزيد عدد الأجهزة الميدانية عن خمسة عشر.

أرز. 4.2. معيار نقل مودم بيل 202

وضعان لتشغيل أجهزة الاستشعار التي تدعم تبادل البيانات عبر بروتوكول HART:

يظهر الشكل طريقة نقل المعلومات الرقمية في وقت واحد مع إشارة تناظرية. 4.3. عادة، في هذا الوضع، يعمل المستشعر في أنظمة التحكم في العمليات الآلية التناظرية، ويتم التبادل عبر بروتوكول هارت عبر جهاز اتصال هارت أو الكمبيوتر. في هذه الحالة، يمكنك عن بعد (مسافة تصل إلى 3000 متر) إكمال إعداد وتكوين المستشعر. الآن لا يحتاج المشغل إلى تجاوز كافة أجهزة الاستشعار في المؤسسة، بل يمكنه تكوينها مباشرة من مكان عمله.

يمكن توصيل ما يصل إلى 15 جهاز استشعار بزوج واحد من الأسلاك. يتم تحديد كميتها من خلال طول الخط وجودته، بالإضافة إلى قوة مصدر طاقة المستشعر. جميع أجهزة الاستشعار في وضع النقاط المتعددة لها عنوان فريد خاص بها من 1 إلى 15، ويتم توجيه كل منها إلى العنوان المقابل. يكتشف جهاز الاتصال أو نظام التحكم جميع أجهزة الاستشعار المتصلة بالخط ويمكنه العمل مع أي منها.

عادةً، يحتوي نظام التحكم في العمليات التناظرية على العديد من الأجهزة الميدانية الذكية التي تعمل في وضع 4-20mA + HART. في هذه الحالة، يتطلب الإعداد عن بعد وتكوين أجهزة الاستشعار باستخدام جهاز اتصال HART أو مودم HART ربط جهاز اتصال بكل خط 4-20 مللي أمبير قادم من الأجهزة المرتبطة. لحل هذه المشكلة، يقترح استخدام معدد إرسال HART. مع هذا النهج، تستمر الأجهزة في نقل معلومات القياس إلى النظام عبر مخرج تيار يتراوح من 4 إلى 20 مللي أمبير، ويمكن تغيير تكوينها من مخرج رقمي واحد لنظام التحكم. يتصل معدد الإرسال بنظام التحكم عبر واجهة RS485 أو RS232. في هذه الحالة، من الممكن توصيل حوالي 500 جهاز بالشبكة (على سبيل المثال، 30 معدد إرسال متصل عبر RS485، 16 قناة لكل منها). يتم عرض الرسم التخطيطي لتشغيل معدد الإرسال في النظام التناظري في الشكل 4 (السطور 2،3،..ن).

من الممكن بناء نظام رقمي لجمع المعلومات وتصورها باستخدام معدد الإرسال. في هذه الحالة، يمكن لكل قناة معدد إرسال استطلاع ما يصل إلى 15 مستشعرًا متصلاً بحلقة تيار واحدة. مع هذا الاتصال، يتم تقليل تكاليف منتجات الكابلات بشكل كبير (الشكل 4.5، السطر 1).

4-20 مللي أمبير

هارت

الخط ن

السطر 3

خط 2

خط 1

الاستشعار 15

الاستشعار 2

الاستشعار 1

هارت

هارت

RS 485 / هارت

برنامج الكمبيوتر

هارت

الميزة الرئيسية لبروتوكول HART هي القدرة على نقل المعلومات عبر خط هاتف مؤجر مخصص Bell 3002 (المعيار الأمريكي). في هذه الحالة، تحتاج المعدات الميدانية فقط إلى مصدر طاقة محلي، ويمكن وضع الجهاز الرئيسي على بعد عدة كيلومترات. الميزة الخاصة لخطوط الهاتف هي عدم الحاجة إلى مكبرات صوت وسيطة إضافية. تهتم شركة الهاتف بكل هذه المخاوف المتعلقة بجودة الإشارة. بالإضافة إلى ذلك، توفر الشركة، إذا لزم الأمر، جهازًا لتوصيل إشارة خط الهاتف بحلقة تيار هارت. لا تكون هذه الخدمة ممكنة إلا إذا كان إرسال إشارات FM عبر خطوط الهاتف مسموحًا به وفقًا للمعايير الوطنية. لا تسمح المعايير الوطنية في العديد من البلدان بنقل إشارات Bell 202 عبر خطوط الهاتف.

يمكن لعدد غير محدود من الأجهزة الميدانية "التعليق" على خط مؤجر، حيث يتم تشغيلها جميعًا من مصادر فردية، بغض النظر عن إرسال الإشارة. إذا كان هناك مصدر طاقة واحد فقط لجميع الأجهزة الميدانية، فإن عددها محدود ويجب ألا يتجاوز 15 قطعة.

وضع الاندفاع

يوجد وضع مراسلة "حصري" حيث يقوم أحد الأجهزة التابعة ببث رسالة استجابة HART قياسية لفترة ممتدة من الوقت. في هذا الوضع، يكون معدل تحديث المعلومات أعلى ممكنًا، وعادةً ما يتم استخدامه في طوبولوجيا نقطة إلى نقطة، والتي غالبًا ما يتم استخدامها عمليًا.

هيكل بروتوكول هارت

يتبع بروتوكول HART نموذج شبكة OSI (ربط الأنظمة المفتوحة) الذي طورته ISO (المنظمة الدولية للمعايير). يحدد نموذج شبكة OSI بنية وعناصر أنظمة نقل البيانات. يستخدم بروتوكول HART نموذج شبكة OSI مخفضًا ينفذ الطبقات 1 و2 و7 فقط (انظر الشكل 4.6)

المستوى 1تسمى "الطبقة المادية"، وتعمل قناة الاتصال على مبدأ مفتاح تحويل التردد، بناءً على معيار الإرسال Bell 202:

– معدل نقل البيانات – 1200 بت/ثانية؛

- التردد المقابل للمنطق "0" - 2200 هرتز؛

– التردد المقابل للمنطق “1” – 1200 هرتز.

معظم قنوات الاتصال الموجودة مناسبة لهذا النوع من نقل البيانات الرقمية. بالنسبة للمسافات القصيرة، فإن زوج الأسلاك غير المحمي ذو المقطع العرضي 0.2 مم 2 مناسب تمامًا. للمسافات الطويلة (حتى 1500 متر)، يتم استخدام زوج ملتوي محمي بمقطع عرضي 0.2 مم 2. تتطلب المسافات التي تصل إلى 3000 متر استخدام كابل مزدوج ملتوي محمي بمقطع عرضي 0.5 مم 2.

المستوي 2مستوى الاتصال، يضبط تنسيق رسالة HART. بروتوكول HART هو بروتوكول رئيسي/تابع، مما يعني أن الجهاز الميداني (التابع) ينقل المعلومات فقط عندما يطلبها الجهاز الرئيسي. يصدر الجهاز الرئيسي أمرًا إلى جهاز ميداني محدد (تابع) ويعيد الاستجابة.

يظهر هيكل هذه الرسائل في الشكل 4.7. في الوضع متعدد النقاط، تحتوي الرسالة على كافة المعلومات حول من يرسلها ومن يستلمها.

مطلوب مُعامل بحجم معين لجهاز ميداني لتنفيذ تعليمات HART. المستوي 2يعمل أيضًا على تحسين موثوقية الإرسال عن طريق إضافة بايت المجموع الاختباري إلى نهاية الرسالة. هذا "فحص طولي" لصحة الإرسال. بالإضافة إلى ذلك، عند الإرسال، تضيف شريحة الإرسال والاستقبال HART بتة تكافؤ/تكافؤ فردي لكل بايت. يعد هذا "فحصًا متقاطعًا" لصحة الإرسال. يتم إرسال كل حرف فردي بتنسيق واجهة RS-232 القياسي:

- 1 بتة البداية؛

- 8 بتات بيانات؛

- بتة تكافؤ/تكافؤ فردي واحدة؛

– 1 نقطة توقف.

المستوى 7مستوى التطبيق هو المكان الذي يتم فيه تفسير مجموعة الأوامر. يقوم الجهاز الرئيسي بإرسال رسائل تطلب كميات معينة وبيانات حقيقية وأية معلمات أخرى متوفرة في الجهاز. يقوم الجهاز الميداني بترجمة هذه الأوامر وفقًا لبروتوكول HART. تنقل رسالة الاستجابة معلومات حول حالة وقيم المعلمات للجهاز الميداني إلى الجهاز الرئيسي.

لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة، يتم استخدام فئات الامتثال للأجهزة الرئيسية، وفئات الأوامر للأجهزة التابعة (الحقلية). هناك ست فئات امتثال للأجهزة الرئيسية، كما هو موضح في الشكل 4.7. بالنسبة للأجهزة التابعة، يتم إجراء النقل المنطقي والموحد للبيانات باستخدام مجموعات الأوامر التالية:

أوامر عالميةتوفير الوصول إلى المعلومات الضرورية للتشغيل العادي للجهاز، مثل الشركة المصنعة للجهاز والطراز والعلامة والرقم التسلسلي والواصف وحدود القياس ومتغيرات العملية. يتم تنفيذ الأوامر العامة في جميع الأجهزة الميدانية.

الأوامر المستخدمة بشكل متكررتوفير الوصول إلى الوظائف التي يمكن تنفيذها بواسطة أجهزة ميدانية متعددة. تشكل مجموعة هذه الأوامر مكتبة من وظائف الأجهزة الميدانية المشتركة.

أوامر خاصة بالجهازتوفير الوصول إلى الميزات الفريدة لجهاز معين. يسمح لك بتمكين الميزات الخاصة التي ستكون متاحة لجميع المستخدمين.

يتم توفير استخدام جميع أنواع الأوامر الثلاثة في أي جهاز ميداني، بما في ذلك جميع الأوامر العامة، وبعض الأوامر شائعة الاستخدام، وبعض الأوامر الخاصة بالجهاز.

أرز. 4.7. هيكل رسالة هارت

تضمن بنية رسالة HART موثوقية عالية للمعلومات.

نقل البيانات

نوع نقل البيانات:

مفتاح تبديل التردد وفقًا لمعيار Bell 202، ينظم هذا المعيار سرعة النقل والترددات لبتات المعلومات "0" و"1".

سرعة انتقال - 1200 نقطة أساس

التردد المطابق للمنطق "0" - 2200 هرتز

التردد المطابق للمنطق "1" - 1200 هرتز

هيكل الإشارة – 1 بتة بداية، 8 بتات بيانات، 1 بتة زوجية/فردية، 1 بتة توقف

معدل النقل للمتغيرات البسيطة –حوالي 2-3 مرات/ثانية (استطلاع/استجابة)، حوالي 3-4 مرات/ثانية (وضع الاندفاع، طفيف)

الحد الأقصى لعدد الأجهزة في وضع الناقل –مع مصدر طاقة واحد 15 قطعة.

مواصفات لعدد المتغيرات – مالحد الأقصى لعدد المتغيرات لكل جهاز ميداني هو 256، والحد الأقصى لعدد المتغيرات في رسالة واحدة هو 4.

الحد الأقصى لعدد الأجهزة الرئيسية –اثنين.

سلامة المعلومات.على المستوى المادي، يكون احتمال فشل البتات هو 10 -5، على مستوى الاتصال، يتم التعرف على جميع المجموعات التي يصل عددها إلى ثلاث بتات متأثرة، مع درجة عالية من الاحتمال للمجموعات الأطول والمجموعات المتعددة، على مستوى التطبيق، يتم إرسال حالة الاتصال في رسالة الاستجابة للجهاز الميداني. وهو يتألف من بايتتين مشفرة شيئًا فشيئًا. يحدد البايت الأول أخطاء الإرسال، إن وجدت. تشير بايتة الحالة الثانية إلى حالة تشغيل الجهاز الميداني (أي تغييرات التكوين، وتثبيت تيار الخرج، وتشبع الخرج التناظري، وعطل الجهاز، وما إلى ذلك).

متطلبات الأجهزة.يظهر في الشكل نوع الاتصال وقيود الطول (غريب، هذا جدول) 4.8.

أرز. 4.8. قيود الأجهزة

يتم حساب الحد الأقصى لطول الارتباط المحتمل لتطبيق معين باستخدام الصيغة التالية:

,

حيث: L - الطول بالأمتار؛ R – المقاومة بالأوم، الحمل بما في ذلك المقاومة الداخلية للحاجز/العازل؛ C – السعة الخطية للخط بوحدة pF/m؛ C f - السعة الداخلية القصوى لـ "الأجهزة الميدانية الذكية" (بالPF).

فكر في مثال لجهاز إرسال واستقبال مستشعر الضغط، وهو نظام تحكم به زوج محمي بسيط يحتوي على المعلمات:

R = 250 أوم، C = 150 pF/m، C f = 5000 pF.

وفقا لهذه البيانات

يقدم استخدام حواجز الأمان قيودًا إضافية على الحد الأقصى لطول الخط. للحصول على دراسة تفصيلية لمدى ملاءمة الاتصال لنقل المعلومات، يجب عليك الرجوع إلى الوثيقة المعيارية الخاصة ببروتوكول HART في الجزء الذي يحتوي على وصف للطبقة المادية.

يعد بروتوكول HART خطوة وسيطة في الانتقال من الأجهزة التناظرية 4-20 مللي أمبير إلى تقنية FIELDBUS الرقمية بالكامل.

5. بروتوكول الاتصالات PROFIBUS

يتم استخدام الإلكترونيات الدقيقة الرقمية بشكل متزايد في معدات أتمتة العمليات مثل أجهزة الاستشعار والمحركات وأجهزة النقل ومحركات الأقراص وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. يتم استخدام ناقلات المجال التسلسلية بشكل متزايد لتوصيل هذه الأجهزة الرقمية الصناعية بمكونات التشغيل الآلي عالية المستوى. حاليا يتم استخدام مجموعة متنوعة من الشبكات الخاصة في مجال الحافلات الصناعية (Fieldbus). يؤدي هذا غالبًا إلى حلول معزولة وغير متوافقة.

أدت الحاجة إلى نظام اتصالات مفتوح ومستقل عن البائع إلى تطوير وتوحيد PROFIBUS.

• الوصول إلى وظائف التكوين والتشخيص لجميع أجهزة الاستشعار والأجهزة
• يدعم نقل المعلمات المقاسة المتعددة من جهاز استشعار واحد
• حالة اتصال الأجهزة الميدانية

هارت متوافق مع أجهزة الاستشعار التناظرية

• نقل المعلمات عبر الدائرة التناظرية والواجهة الرقمية عبر خط اتصال واحد
• متوافق مع المعدات الموجودة 4-20 مللي أمبير
• في الواقع، معيار مفتوح تماما
• معايير القيادة المشتركة وهياكل البيانات
• إمكانية نقل بيانات فريدة وأقصى قدر من التوافق باستخدام لغة وصف الجهاز (DDL).

توافر هارت

• تقنية مثبتة ميدانيًا مع أكثر من 1,400,000 جهاز مثبت
• مجموعة كبيرة ومتزايدة من المنتجات المتوافقة
• تستخدمه الأجهزة الذكية الرقمية أكثر من أي بروتوكول صناعي آخر.

مقدمة

HART هو بروتوكول اتصال ميداني، وهو معيار صناعي معروف يعتمد على نقل البيانات الرقمية عبر خط اتصال 4-20 مللي أمبير بين الأجهزة الذكية. إن استخدام هذه التكنولوجيا منتشر على نطاق واسع، واليوم تقدم الغالبية العظمى من الشركات المصنعة للأجهزة الكبرى منتجات تدعم بروتوكول هارت.

يوفر بروتوكول HART توافقًا فريدًا مع الإصدارات السابقة للأجهزة الذكية من خلال الجمع بين خطوط تناظرية 4-20 مللي أمبير مع واجهة بيانات رقمية يتم إرسالها في وقت واحد عبر نفس الأسلاك. يوفر HART العديد من فوائد بروتوكولات المجال الرقمي، مما يكمل توافر وانتشار أنظمة 4-20 مللي أمبير الموجودة في كل مكان.

في المتوسط، توفر الأجهزة المزودة ببروتوكول HART ما يصل إلى 10000 - 15000 روبل من التوفير في التركيب والتشغيل وما يصل إلى 3000 - 5000 من التوفير سنويًا في التشغيل والصيانة لكل جهاز.

التناظرية + الاتصالات الرقمية

لسنوات عديدة، كان المعيار الميداني لنقل البيانات في أنظمة التشغيل الآلي هو إشارة التيار التناظري (mA). في معظم الحالات، تكون إشارة مللي أمبير في النطاق من أربعة إلى عشرين أمبير، ويتناسب حجمها مع القيمة المقاسة. تُستخدم هذه الإشارة في كل مكان في المؤسسات في جميع أنحاء العالم.

التناظرية المتزامنة + الاتصالات الرقمية

يعمل بروتوكول الاتصال الميداني HART على توسيع معيار 4-20 مللي أمبير ليشمل أنظمة القياس والتحكم في العمليات الذكية. كان تطوير هذا البروتوكول خطوة مهمة في تطور الأتمتة وتوسيع قدرات الأداة. تسمى التقنية التي تعمل على توسيع قدرات نقل البيانات HART، والتي تعني "محول الطاقة عن بعد القابل للعنونة على الطريق السريع".

الشكل 1 - يستخدم HART طريقة تحويل التردد للإرسال
إشارة رقمية على مستوى عال 4-20 مللي أمبير إشارة تناظرية

يسمح بروتوكول HART بتبادل البيانات في اتجاهين مع الأجهزة الرقمية دون مقاطعة الإشارة التناظرية 4-20 مللي أمبير. يمكن إرسال كل من إشارات HART التناظرية 4-20 مللي أمبير والرقمية في وقت واحد على نفس الأسلاك. يتم إرسال المعلمة الرئيسية وحالة الارتباط عبر معيار 4-20 مللي أمبير، في حين يتم إرسال المعلمات المقاسة الإضافية وبيانات العملية وإعدادات الأداة وبيانات المعايرة والمعلومات التشخيصية عبر بروتوكول HART عبر نفس الأسلاك في نفس الوقت. على عكس البروتوكولات الرقمية "المفتوحة" الأخرى للأجهزة الصناعية، فإن HART متوافق مع الأنظمة الحالية، مما يبسط إلى حد كبير تنفيذه المخطط له بأقل تكلفة.

تكنولوجيا هارت

يعتمد بروتوكول HART على معيار تحويل التردد Bell 202 Frequency Shift Keying (FSK) - تعديل الإشارة الرقمية عند مستوى الإشارة الأدنى البالغ 4-20 مللي أمبير. ومع ذلك، فإن تعديل FSK لا يؤثر على إشارة 4-20 مللي أمبير بأي شكل من الأشكال. المنطق واحد يتوافق مع تردد 1200 هرتز، والصفر المنطقي يتوافق مع تردد 2200 هرتز، كما هو مبين في الشكلين 1 و 2.

يوفر اتصال HART FSK اتصالاً رقميًا ثنائي الاتجاه ويجعل من الممكن نقل معلومات إضافية من أو إلى جهاز ميداني ذكي دون التأثير على نقل المعلمات الأساسية. ينقل HART البيانات بمعدل 1200 بت في الثانية ويسمح لسيد الشبكة باستقبال حزمتي بيانات أو أكثر في الثانية من جهاز ميداني.

الشكل 2 - إشارة هارت الرقمية المتراكبة
4-20 مللي أمبير إشارة تناظرية

تطبيق مرن

يعتمد HART على بروتوكول رئيسي/تابع، مما يعني أن الجهاز الميداني (التابع) ينقل البيانات فقط استجابة لطلبات من جهاز آخر (رئيسي). في شبكة HART، يمكن لشخصين رئيسيين (أساسي وثانوي) إرسال طلبات إلى الأجهزة الميدانية (التابعة). يمكن لوحدة رئيسية ثانوية، على سبيل المثال، جهاز اتصال محمول، الاتصال فعليًا في أي مكان في الشبكة والعمل مع الأجهزة الميدانية دون التأثير على تشغيل الأجهزة ذات وحدة رئيسية أساسية. كقاعدة عامة، الأساتذة الأساسيون هم وحدات التحكم وأجهزة الكمبيوتر، أي. الأجهزة المركزية في أنظمة التحكم في العمليات. يظهر الشكل مخططًا نموذجيًا للعمل مع سيدين. 3.

يمكن استخدام بروتوكول HART في أوضاع اتصال مختلفة من أو إلى الأجهزة الميدانية الذكية ومعدات التحكم أو المراقبة المركزية. يعتبر الإرسال الرقمي الرئيسي/التابع مع الإشارة التناظرية 4-20 مللي أمبير أمرًا شائعًا جدًا. في هذا الوضع، في حين أن المعلمة الرئيسية تنقل بشكل ثابت 4-20 مللي أمبير عبر شبكة تناظرية لتنظيم المراقبة والتحكم في العملية، بالتوازي، يتم تحديث المعلومات المتعلقة بالمعلمات الإضافية مرتين في الثانية.

الشكل 3 - بروتوكول HART يسمح بوجود جهازين "رئيسيين".
تبادل المعلومات مع الأجهزة الميدانية من النوع "التابع".

مثال تطبيقى

يتم توضيح إمكانات بروتوكول HART في الشكل 4. يوضح مثال التطبيق هذا إمكانيات النقل المتزامن لبيانات 4-20 مللي أمبير وHART عبر نفس الأسلاك.

في هذا المثال، يحتوي جهاز الإرسال المتوافق مع HART على وظيفة التحكم PID المضمنة. تم تكوين الجهاز بحيث تتناسب الإشارة في الدائرة 4-20 مللي أمبير مع قيمة التحكم وفقًا لخوارزمية PID المحسوبة مباشرة في الجهاز (أي تخرج إشارة ذات قيمة غير مُقاسة من المحول). نظرًا لأن الدائرة 4-20 مللي أمبير توفر إشارة التحكم PID، يتم استخدامها للتحكم المباشر في الصمام.

يتم تنظيم دائرة الإشارة مباشرة بين الأجهزة الميدانية: المحولات (مع التحكم PID) وصمام التحكم. يتم تنفيذ وظيفة التحكم في الصمام باستخدام إشارة تقليدية تبلغ 4-20 مللي أمبير، بينما يسمح اتصال HART الرقمي للمشغل بتغيير معلمات خوارزمية التحكم PID، والحصول على معلومات حول القيمة المقاسة الأولية وموضع الصمام.

الشكل 4 - بعض الأجهزة التي تحتوي على خوارزميات PID وHART المضمنة
تقليل تكاليف تنفيذ أنظمة التحكم في العمليات

القرار الأفضل

يوفر بروتوكول HART للعملاء أفضل حلول الأتمتة مع القدرة على تنفيذ الأجهزة الميدانية الذكية تدريجيًا أو جزئيًا في النظام الحالي. حتى الآن، لا يمكن لأي تقنية أخرى أن تضاهي نطاق خط الإنتاج الذي يدعم تقنية HART. تتميز هذه التقنية بسهولة الاستخدام، وتتوفر المنتجات المتوافقة مع HART من جميع الشركات المصنعة الرئيسية للقياس والتحكم في العمليات.

من الصعب أن نتخيل أن أي بروتوكول آخر لنقل البيانات يمكن أن يحل محل HART، سواء عند ترقية الإنتاج الحالي أو عند إنشاء عمليات إنتاج جديدة تمامًا. يقدم HART للمستخدمين العديد من المزايا نفسها التي توفرها البروتوكولات الميدانية الأخرى، ولكنه يجمع بين التوافق والبساطة للأنظمة الحالية 4-20 مللي أمبير. توفر HART وفورات في التكاليف من خلال الاتصال عن بعد، ومعلومات العملية الغنية والموثوقة، وتشخيصات الأجهزة الميدانية، والاتصالات القوية متعددة المعلمات دون استبدال أنظمة التحكم الحالية.

يعتمد اختيار HART عند الاتصال بأنظمة التحكم في العمليات الحالية والمبنية حديثًا على الإمكانات الواسعة لنقل البيانات الرقمية والخبرة المتراكمة الواسعة (أكثر من 5,000,000 عملية تثبيت حول العالم).

لدعم وتطوير بروتوكول هارت، توجد مؤسسة هارت للاتصالات للتأكد من أن التكنولوجيا ستعمل لصالحك اليوم وغدًا.

يُستخدم بروتوكول الاتصال الميداني HART على نطاق واسع في الصناعة كمعيار للاتصال الرقمي مع الأجهزة الذكية. تكمن خصوصيته في أنه يستخدم تعديلًا منخفض المستوى لنقل البيانات الرقمية، متراكبًا على إشارة تناظرية تبلغ 4-20 مللي أمبير (الحلقة الحالية)، والتي تستخدم الآن على نطاق واسع لمثل هذه القياسات. نظرًا لأن إشارة بروتوكول HART غير ذات أهمية، وتتكون من موجات جيبية، فإن لها تأثيرًا ضئيلًا على دقة الإشارة الحاملة التناظرية، والتي يمكن بالتالي استخدامها أيضًا. تتيح هذه الميزة إمكانية التبادل مع الأنظمة الحالية، مع توسيعها لتوفير متغيرات عملية متعددة للتكوين والتحقق من الحالة وتشخيص الجهاز وما إلى ذلك.

بنية رسائل البروتوكول، مجموعات الأوامر.

يتم تنظيم مجموعة أوامر HART في ثلاث مجموعات وتوفر إمكانية الوصول للقراءة/الكتابة إلى مجموعة واسعة من المعلومات المتوفرة في الأجهزة الميدانية.

أوامر عالميةتوفير الوصول إلى المعلومات الأساسية، على سبيل المثال، الشركة المصنعة، والطراز، والرقم التسلسلي، والواصف (سلسلة الواصف)، وحدود القياس، ومتغيرات العملية. يجب أن تدعم جميع أجهزة HART الأوامر العامة.

أوامر عملية عامةتوفير الوصول إلى الميزات التي قد تكون مدعومة من قبل العديد من الأجهزة، ولكن ليس كلها.

أوامر خاصة بالجهازتوفير الوصول إلى الميزات التي قد تكون فريدة لجهازك.

"السيد والعبد"

HART هو بروتوكول "Master-slave"، مما يعني أن التبادل يبدأ فقط بواسطة الجهاز الرئيسي، ولا تستجيب الأجهزة التابعة إلا عندما تتلقى طلبًا على عنوانها. تعني الاستجابة من العبد أنه تم استلام الأمر بنجاح ويحتوي على البيانات التي طلبها السيد. يتيح لك بروتوكول HART أن يكون لديك جهازين رئيسيين نشطين في النظام - الأساسي والثانوي. لدى السيدين عناوين مختلفة حتى يتمكنوا من تحديد الاستجابات لأوامرهم.

وضع الاندفاع

لتحقيق معدلات نقل بيانات عالية، تسمح بعض الأجهزة بالانتقال إلى ما يسمى بالوضع الحصري، أو وضع الاندفاع. في هذه الحالة، يبدأ الجهاز بإرسال البيانات المطلوبة بشكل مستمر، بفاصل زمني معين (ضروري لتتمكن من إرسال أمر يعطل الوضع الحصري - الأوامر رقم 107، رقم 108، رقم 109). بشكل عام، يكون الوضع الحصري مفيدًا فقط عند توصيل جهاز واحد بزوج من الأسلاك، حيث يمكن لجهاز واحد فقط في الحلقة الحالية أن يكون في الوضع الحصري.

ترميز الأحرف ومعدل الباود

يتم ترميز رسائل HART كسلسلة من أحرف 8 بت، أو بايت. يتم إرسالها بشكل تسلسلي، وفقًا لاتفاقية UART (المستقبل/المرسل العالمي غير المتزامن)، مع إضافة بت البداية، وبت التكافؤ (التكافؤ = فردي) وبت التوقف. يتم تحديد معدل نقل البيانات وفقًا لمعيار Bell 202 ويساوي 1200 بت في الثانية. أولئك. إعدادات المنفذ - 1200 بت في الثانية، 8 بت، فردي، توقف واحد.

هارت تنسيق الرسالة

الديباجةيتكون من 5-20 بايت FF (جميعها). يتيح ذلك لجهاز الاستقبال مزامنة تردد الإشارة ودفق البايت الوارد.

بداية البايتفي رسائل HART يمكن أن تأخذ عدة قيم محتملة، تحدد تنسيق الإطار المستخدم، ومصدر الرسالة، ووضع الإرسال (عادي أو حصري). فيما يلي القيم المحتملة:

نوع الرسالةإطار قصيرإطار طويلالسيد إلى العبد 02 82 عبد للسيد 06 86 انفجار رسالة من العبد 01 81

عند انتظار رسالة، تستمع أجهزة الاستقبال على الخط حتى تصل إحدى هذه البايتات بعد بايتين FF على الأقل. يمثل هذا بداية الرسالة.

حقل العنوانيتضمن كلاً من العناوين الرئيسية والتابعة. يمكن أن تتكون من بايت واحد (تنسيق الإطار القصير) أو 5 بايت (تنسيق الإطار الطويل). في كلا الإطارين، يشغل عنوان الجهاز الرئيسي أول 1 بت (أساسي - 1؛ ثانوي - 0). يحتل عنوان الرقيق البتات المتبقية. في الإطار القصير، يكون عنوان الجهاز التابع من 0 إلى 15 - وهو ما يسمى بعنوان الاستقصاء. في الإطار الطويل، لا يتم استخدام عنوان الاستقصاء، وبدلاً من ذلك، يتم ملء البتات المتبقية بالمعرف الفريد للجهاز التابع، والذي يتم استخدامه كعنوان. إذا كانت هذه البتات مليئة بالأصفار، فستحصل على عنوان بث، وستتلقى جميع الأجهزة مثل هذه الرسالة. وهذا ممكن فقط إذا كانت البيانات الموجودة في الرسالة تحدد بوضوح الجهاز الذي يجب أن يستجيب.

بايت الأمر- عدد صحيح في النطاق من 0 إلى 253 (0xFD)، يمثل أحد أوامر HART. يتم إرسال رمز الأمر المستلم ذهابًا وإيابًا عندما يستجيب الجهاز التابع.

عداد البايت- عدد البايتات في هذه الرسالة (الحالة والبيانات، لا يتم تضمين المجموع الاختباري). يستخدمه المتلقي لتحديد بايت المجموع الاختباري وأنه قد تم استلام الرسالة بأكملها. يتم حسابه كمجموع عدد بايتات الحالة وحقول البيانات. نظرًا لحد حقل البيانات البالغ 25 بايت، يمكن أن يتراوح عداد البايت من 0 إلى 27.

حقل الحالةيتم تضمينه فقط في رسائل الرد من الجهاز التابع. ويتكون من 2 بايت للإبلاغ عن أخطاء الاتصال، وحالة الرسالة المستلمة (مثل أن الجهاز مشغول أو لم يتعرف على الأمر) والحالة التشغيلية للجهاز التابع.

حقل البيانات.لا تحتوي كافة الأوامر والاستجابات على حقل بيانات. الحد الأقصى لطول الحقل هو 25 بايت (على الرغم من عدم تحديد ذلك بشكل صارم في مواصفات HART). يمكن أن تكون البيانات في شكل أعداد صحيحة غير موقعة، أو أرقام الفاصلة العائمة (IEEE754)، أو سلاسل أحرف ASCII. يتم تحديد عدد البايتات وتنسيق البيانات المستخدم لكل عنصر لكل أمر.

بايت المجموع الاختبارييتم حسابه على أنه التكافؤ الطولي للبايتات التي تسبقه، بدءًا من بايت البداية ضمنًا. يستخدم للتحقق من سلامة الإرسال.

تنسيق حقل الحالة

البايت 1 - حالة الجهاز الميداني

البت رقم 7 خطأ في الجهاز الميدانياكتشف الجهاز خطأً أو فشلًا في الجهاز. يمكن الوصول إلى معلومات إضافية من خلال أمر قراءة حالة المستشعر الإضافي، رقم 48.تم تغيير تكوين البت رقم 6يشير إلى أنه تم تنفيذ أوامر الكتابة أو تغيير المعلمات على المستشعر.البتة رقم 5 البداية الباردةتمت إزالة الطاقة من الجهاز ثم استعادتها، مما أدى إلى إعادة ضبط الإعدادات. أمر النظام الأول عند اكتشاف هذا الموقف هو إعادة تعيين هذه العلامة. يمكن أيضًا تعيين هذه العلامة بعد إعادة التعيين الرئيسي أو الاختبار الذاتي.البت رقم 4: المزيد من الحالات المتاحةيتوفر المزيد من معلومات الحالة عما يمكن إرجاعه في حالة الجهاز الميداني. الأمر رقم 48، قراءة معلومات الحالة الإضافية، يمكن أن يوفر هذه المعلومات الإضافية.البت رقم 3 تم إغلاق الإخراج المتغير الأساسي التناظرييتم تثبيت إشارة الخرج المتغيرة الأساسية عند القيمة المطلوبة ولا تعكس القيمة المقاسة بواسطة الجهاز.البت رقم 2 تم تجاوز إخراج المتغير الأساسي التناظريوصلت إشارة الخرج للمتغير الأساسي إلى حد التشبع، أي حدود المقياس، ولم تعد تعكس القيمة التي يقاسها الجهاز.البت رقم 1 المتغير الثانوي خارج الحدود.متغير العملية الثانوي الذي يقاسه المستشعر يقع خارج حدود المستشعر. قد يكون الأمر رقم 48، قراءة حالة المستشعر الإضافية، مطلوبًا لتحديد المتغير.البت رقم 0 المتغير الأساسي خارج الحدودمعلمة العملية الرئيسية التي يقيسها المستشعر تقع خارج الحدود المسموح بها للمستشعر.

البايت 2 - أخطاء الاتصال

البتة رقم 7 = 1تحتوي هذه البايت على معلومات متعلقة بالجهاز الذي يستقبل الرسالة. تشير هذه العلامات إلى حدوث أخطاء أثناء الإرسال وعدم استلام الرسائل. لا يقوم الجهاز بإرجاع البيانات استجابةً عندما يكتشف أخطاء في الاتصال.البت رقم 6 خطأ في التكافؤ العموديكان تكافؤ بايت واحد أو أكثر الذي استقبله الجهاز غير صحيح.البت رقم 5: الكتابة فوق البياناتخطأ - تمت الكتابة فوق بايت واحد على الأقل من البيانات الموجودة في المخزن المؤقت للاستقبال الخاص بشريحة UART قبل قراءتها.خطأ في الإطار بت رقم 4لم يتم اكتشاف بت التوقف الخاص ببايت واحد أو أكثر الذي استقبله الجهاز بواسطة UART.خطأ في تكافؤ الطول للبت رقم 3تكافؤ الطول المحسوب بواسطة الجهاز ليس هو نفس بايت تكافؤ الطول في نهاية الرسالة.بت رقم 2محفوظة، دائما صفر.البت رقم 1 تجاوز سعة المخزن المؤقتكانت الرسالة طويلة جدًا بالنسبة للمخزن المؤقت لجهاز الاستقبال.بت رقم 0غير محدد - لا يوجد تعريف لهذا الجزء حتى اليوم.

وصف أوامر هارت العالمية

الأمر رقم 0 قراءة المعرف الفريد هذا أمر من فئة التحكم في طبقة الارتباط. إرجاع رمز نوع الجهاز الموسع وأرقام الإصدار ورقم تعريف الجهاز.

الأمر رقم 1 اقرأ المتغير الأساسي اقرأ المتغير الأساسي (PV). يتم إرجاع PP بتنسيق النقطة العائمة.

الأمر رقم 2 اقرأ PP كقيمة حالية وكنسبة مئوية من النطاق اقرأ المتغير الأساسي كتيار بالمللي أمبير وكنسبة مئوية من النطاق. قيمة PP بالمللي أمبير تساوي دائمًا القيمة الحالية للمخرج التناظري للجهاز بما في ذلك حالة التنبيه والإعدادات الأخرى. تتبع دائمًا قيمة PP كنسبة مئوية من النطاق، حتى لو كانت قيمة PP الحالية في حالة إنذار أو ثابتة عند قيمة معينة. بالإضافة إلى ذلك، لا تقتصر النسبة المئوية لقيمة النطاق على ما بين 0% و100%، ولكنها تتتبع قيمة PP خارج المقياس المحدد ولكن ضمن حدود قياس المستشعر، إذا كانت محددة.

الأمر رقم 3: قراءة المتغيرات الديناميكية والقيمة الحالية اقرأ القيمة الحالية، التي تمثل القيمة الكهروضوئية، وما يصل إلى أربعة متغيرات ديناميكية محددة مسبقًا. تعكس القيمة الحالية لـ PP دائمًا قيمة الإخراج التناظري للجهاز بما في ذلك حالة التنبيه والإعدادات الأخرى. تعتمد محتويات المتغيرات الثانوية والثالثة والرابعة على نوع الجهاز (على سبيل المثال، المتغير الثانوي لمستشعر الضغط 3051 يشير إلى درجة حرارة خلية القياس الخاصة بالمستشعر).

الفريق رقم 4 محجوز

الفريق رقم 5 محجوز

الأمر رقم 6 كتابة عنوان الجهاز هذا أمر من فئة التحكم في طبقة الارتباط. يكتب العنوان إلى الجهاز الميداني. يتم استخدام العنوان للتحكم في الإخراج التناظري المتغير الأساسي وهو وسيلة لتحديد الهوية عندما تعمل أجهزة متعددة على نفس الناقل.

الأمر رقم 11 قراءة المعرف الفريد المرتبط بالعلامة هذا أمر من فئة التحكم في طبقة الارتباط. إرجاع رمز نوع الجهاز الممتد وأرقام الإصدار ورقم تعريف الجهاز الذي يحتوي على العلامة المحددة. سيتم تنفيذه عند استلام العنوان الموسع أو عنوان البث. العنوان الموسع في رسالة الرد هو نفس الطلب.

الأمر رقم 12 قراءة الرسالة يقرأ الرسالة الموجودة في الجهاز.

الأمر رقم 13 قراءة العلامة والوصف والتاريخ يقرأ العلامة والواصف والتاريخ الموجود في الجهاز.

الأمر رقم 14 قراءة معلومات المستشعر المتغير الأساسي يقرأ الرقم التسلسلي لمستشعر العملية الأولية والحد الأقصى والحد الأدنى لمقياس القياس للمستشعر ورمز الوحدة لهذه القيم.

الأمر رقم 15 قراءة الإخراج المتغير الأساسي يقرأ رمز إنذار FP، ورمز وظيفة تحويل FP، ورمز وحدات نطاق FP، والحد الأعلى لنطاق FP، والحد الأدنى لنطاق FP، وقيمة تخميد FP، ورمز حماية الكتابة، ورمز علامة البائع، المرتبط بجهاز أو المتغير الأساسي.

الأمر رقم 16 اقرأ رقم تجميع الجهاز يقرأ رقم التجميع الخاص بهذا الجهاز.

الأمر رقم 17 كتابة رسالة يكتب رسالة إلى الجهاز.

الأمر رقم 18 كتابة العلامة والوصف والتاريخ يكتب العلامة والواصف والتاريخ على الجهاز.

الأمر رقم 19 كتابة رقم تجميع الجهاز يكتب رقم التجميع على الجهاز.

تنسيق أمر هارت العالمي (مراجعة هارت 5)

أنواع البيانات في الجدول:

سلسلة ASCII (معبأة بـ 4 أحرف لكل 3 بايت) B أعلام معينة بالبت D التاريخ (3 بايت: يوم، شهر، عام 1900) F نقطة عائمة (4 بايت IEEE 754) H أعداد صحيحة xxxxx yyy (xxxxxxx = مراجعة الأجهزة، yyy) = رمز الإشارة الفعلي) العناصر غير المميزة هي أعداد صحيحة مكونة من 8 أو 16 أو 24 بت (بما في ذلك قيم التعليمات البرمجية المذكورة).

رقم الأمر والوظيفةالبيانات الموجودة في الأمر (النوع)البيانات في الرد (النوع)0 قراءة المعرف الفريد لا يوجد بايت 0 "254" (توسيع)
بايت 1 رمز تعريف الشركة المصنعة
رمز نوع الجهاز الخاص بالشركة المصنعة لـ Byte 2
البايت 3 عدد الديباجة المطلوبة
مراجعة الأوامر العالمية بايت 4
مراجعة الأوامر الخاصة بجهاز Byte 5
مراجعة برنامج بايت 6
مراجعة الأجهزة بايت 7 (H)
إشارات وظيفة جهاز البايت 8(ب)*
بايت 9-11 رقم معرف الجهاز
البايت 12 ** مراجعة أوامر الممارسة المشتركة
البايت 13 ** مراجعة الجداول المشتركة
البايت 14 ** مراجعة وصلة البيانات
البايت 15 ** رمز عائلة الجهاز

* البت 0 = جهاز متعدد المستشعرات؛ البتة 1 = التحكم في EEPROM مطلوب؛ البت 2 = جهاز جسر البروتوكول.
** مقترح لمراجعة HART المستقبلية S ليس في 5.3.

1 قراءة المتغير الأساسي لا شيء بايت 0 رمز الوحدات الكهروضوئية
البايت 1-4 المتغير الأساسي (F)2 قراءة التيار والنسبة المئوية للنطاق لا شيء بايت 0-3 التيار (مللي أمبير) (F)
البايت 4-7 بالمائة من النطاق (F)3 قراءة المتغيرات الديناميكية الحالية وأربعة (محددة مسبقًا) لا شيء بايت 0-3 التيار (مللي أمبير) (F)
بايت 4 رمز الوحدات الكهروضوئية
البايت 5-8 المتغير الأساسي (F)
رمز وحدات البايت 9 SV
بايت 10-13 متغير ثانوي (F)
بايت 14 رمز وحدات التلفزيون
البايت 15-18 المتغير الثالث (F)
رمز وحدات البايت 19 FV
البايت 20-23 المتغير الرابع (F)

(تم اقتطاعه بعد آخر متغير مدعوم)

6 كتابة عنوان الاستقصاء بايت 0 عنوان الاستقصاء كما في الأمر11 قراءة المعرف الفريد المرتبط بالعلامة Byte 0-5 tag Byte 0-11 كأمر رقم 012 قراءة الرسالة لا شيء بايت 0-23 رسالة (32 حرفًا) (أ)13 علامة القراءة، الواصف، التاريخ لا شيء بايت 0-5 علامة (8 أحرف) (أ)
واصف البايت 6-17 (16 حرفًا) (أ)
البايت 18-20 التاريخ(د)14 قراءة معلومات المستشعر الكهروضوئي لا شيء بايت 0-2 الرقم التسلسلي للمستشعر
رمز بايت 3 وحدات لحدود المستشعر والحد الأدنى. فترة
بايت 4-7 حد المستشعر العلوي (F)
البايت 8-11 الحد الأدنى للمستشعر (F)
البايت 12-15 الحد الأدنى للامتداد (F)15 قراءة معلومات الإخراج لا شيء بايت 0 رمز تحديد التنبيه
بايت 1 رمز وظيفة النقل
رمز وحدات البايت 2 PV/المدى
بايت 3-6 قيمة النطاق العلوي (F)
بايت 7-10 قيمة النطاق الأدنى (F)
قيمة التخميد 11-14 بايت (ثواني (F))
بايت 15 رمز الحماية ضد الكتابة
بايت 16 رمز الموزع الخاص16 قراءة رقم التجميع النهائي لا يوجد بايت 0-2 رقم التجميع النهائي17 كتابة الرسالة بايت 0-23 رسالة (32 حرفًا) (أ) كما في الأمر18 كتابة العلامة والواصف والتاريخ البايت 0-5 العلامة (8 أحرف) (أ)
واصف البايت 6-17 (16 حرفًا) (أ)
بايت 18-20 تاريخ (د) كما في الأمر19 اكتب رقم التجميع النهائي البايت 0-2 رقم التجميع النهائي كما في الأمر

يعد بروتوكول HART معيارًا صناعيًا معروفًا لتعزيز حلقة التيار 4-20 مللي أمبير لتمكين الاتصال الرقمي. وينمو استخدام هذه التكنولوجيا بسرعة حيث أدرك العملاء بالفعل فوائد المعدات الذكية. يسمح بروتوكول HART بنقل الإشارات التناظرية والرقمية بشكل متزامن عبر نفس زوج الأسلاك. في الوقت نفسه، يتم الحفاظ على التوافق الكامل والموثوقية للخطوط التناظرية الحالية 4-20 مللي أمبير.

هارت هو:

• معيار مفتوح يعمل مع أي نظام تحكم
  يتم دعم بروتوكول HART من قبل جميع الشركات الرائدة في مجال المعدات والبرمجيات في مجال الأتمتة الصناعية.
• الاتصالات التناظرية والرقمية في وقت واحد
  يسمح لك بروتوكول HART بإرسال إشارات تناظرية ورقمية متزامنة عبر نفس زوج الأسلاك.
• متوافق مع المعدات وخطوط الاتصال الموجودة بقدرة 4-20 مللي أمبير
  في الواقع، يمكن تركيب أجهزة استشعار HART بدلاً من الأجهزة التناظرية، وباستخدام اتصال HART، يمكنك الاستفادة من جميع مزايا الاتصال الرقمي في الأنظمة التناظرية الحالية.
• التشخيص والتكوين عن بعد
  يمكن للموظفين الفنيين تشخيص الأجهزة الميدانية وتكوينها عن بعد باستخدام جهاز اتصال أو كمبيوتر مزود بالبرنامج المناسب. وهذا مناسب بشكل خاص في فصل الشتاء، عندما تكون أجهزة الاستشعار موجودة في أماكن يصعب الوصول إليها، على مسافات كبيرة من بعضها البعض، وكذلك في ظروف الإنتاج الخطرة أو الخطرة.
• إمكانية ربط عدة حساسات بخط واحد
  يتيح لك دمج المستشعرات الذكية في نظام مزود بنقل البيانات الرقمية تقليل تكاليف توصيل الكابلات والتركيب والتشغيل والصيانة الروتينية.
• تمرير معلمات متعددة في وقت واحد
  يعد بروتوكول HART مناسبًا عند العمل مع أجهزة متعددة المعلمات (على سبيل المثال، عدادات التدفق)، لأنه يسمح لك بالحصول على معلومات حول العديد من متغيرات العملية عبر زوج واحد من الأسلاك.
• استخدامها في المناطق الخطرة
  يمكن تثبيت الأجهزة التي تدعم بروتوكول HART في المناطق الخطرة من الفئة 0 والفئة 1 والفئة 2.
• المعلومات الحالية حول حالة الجهاز
  يضمن التشخيص الذاتي المستمر موثوقية عالية للمعدات. يتم إرسال معلومات حول حالة الجهاز في كل رسالة من الجهاز.
• الوصول إلى معلمات الجهاز
  يتمتع المستخدم بفرصة قراءة أي معلمات لجهاز الاستشعار: القيم المتغيرة، والوحدات ونطاق القياس، ومعلمات الجهاز الفردية (موقع المشروع، وتاريخ آخر معايرة).

يستخدم بروتوكول HART مبدأ تعديل التردد لتبادل البيانات بسرعة 1200 باود. يرد في الشكل 1 رسم تخطيطي يشرح تشغيل الأجهزة التي تستخدم بروتوكول HART.

الشكل 1: مبدأ تبادل البيانات عبر بروتوكول هارت

لإرسال "1" منطقي، يستخدم HART دورة كاملة واحدة بتردد 1200 هرتز، ولإرسال "0" منطقي - دورتين جزئيتين بتردد 2200 هرتز.

كما هو واضح في الشكل، يتم تركيب مكون HART على حلقة التيار 4-20 مللي أمبير. نظرًا لأن متوسط ​​قيمة الموجة الجيبية خلال الفترة هو "0"، فإن إشارة HART ليس لها أي تأثير على الإشارة التناظرية 4-20 مللي أمبير.

تم بناء بروتوكول HART على مبدأ السيد والعبد، أي أن الجهاز الميداني يستجيب لطلب النظام. يسمح البروتوكول بجهازي تحكم (نظام التحكم وجهاز الاتصال).

هناك وضعان لتشغيل أجهزة الاستشعار التي تدعم تبادل البيانات عبر بروتوكول HART.

طريقة نقل المعلومات الرقمية في وقت واحد مع إشارة تناظرية يظهر في الشكل 2. عادة، في هذا الوضع، يعمل المستشعر في أنظمة التحكم في العمليات الآلية التناظرية، ويتم التبادل عبر بروتوكول هارت عبر جهاز اتصال هارت أو الكمبيوتر. في هذه الحالة، يمكنك عن بعد (مسافة تصل إلى 3000 متر) إكمال إعداد وتكوين المستشعر. الآن لا يحتاج المشغل إلى تجاوز كافة أجهزة الاستشعار في المؤسسة، بل يمكنه تكوينها مباشرة من مكان عمله.

الشكل 2: وضع نقل المعلومات الرقمية في وقت واحد مع إشارة تناظرية

في وضع متعدد النقاط (الشكل 3) يرسل المستشعر المعلومات ويستقبلها فقط في شكل رقمي. يتم تثبيت الإخراج التناظري تلقائيًا عند الحد الأدنى للقيمة (مصدر طاقة الجهاز فقط - 4 مللي أمبير) ولا يحتوي على معلومات حول القيمة المقاسة. تتم قراءة المعلومات حول متغيرات العملية باستخدام بروتوكول HART.

الشكل 3: وضع تشغيل المستشعر متعدد النقاط

يمكن توصيل ما يصل إلى 15 جهاز استشعار بزوج واحد من الأسلاك. يتم تحديد كميتها من خلال طول الخط وجودته، بالإضافة إلى قوة مصدر طاقة المستشعر. جميع أجهزة الاستشعار في وضع النقاط المتعددة لها عنوان فريد خاص بها من 1 إلى 15، ويتم توجيه كل منها إلى العنوان المقابل. يكتشف جهاز الاتصال أو نظام التحكم جميع أجهزة الاستشعار المتصلة بالخط ويمكنه العمل مع أي منها.

عادةً، يحتوي نظام التحكم في العمليات التناظرية على العديد من الأجهزة الميدانية الذكية التي تعمل في وضع 4-20mA + HART. في هذه الحالة، يتطلب الإعداد عن بعد وتكوين أجهزة الاستشعار باستخدام جهاز اتصال HART أو مودم HART ربط جهاز اتصال بكل خط 4-20 مللي أمبير قادم من الأجهزة المرتبطة. لحل هذه المشكلة، يقترح استخدام معدد إرسال HART. مع هذا النهج، تستمر الأجهزة في نقل معلومات القياس إلى النظام عبر مخرج تيار يتراوح من 4 إلى 20 مللي أمبير، ويمكن تغيير تكوينها من مخرج رقمي واحد لنظام التحكم. يتصل معدد الإرسال بنظام التحكم عبر واجهة RS485 أو RS232. في هذه الحالة، من الممكن توصيل حوالي 500 جهاز بالشبكة (على سبيل المثال، 30 معدد إرسال متصل عبر RS485، 16 قناة لكل منها). يتم عرض الرسم التخطيطي لتشغيل معدد الإرسال في النظام التناظري في الشكل 4 (السطور 2،3،..ن).

من الممكن بناء نظام رقمي لجمع المعلومات وتصورها باستخدام معدد الإرسال. في هذه الحالة، يمكن لكل قناة معدد إرسال استطلاع ما يصل إلى 15 مستشعرًا متصلاً بحلقة تيار واحدة. مع هذا الاتصال، يتم تقليل تكاليف منتجات الكابلات بشكل كبير (الشكل 4، السطر 1).