با پایان جنگ جهانی دوم و فروپاشی موانع مهم ژئوپلیتیکی، جهان وارد عصر جدیدی از فناوری شد. در این زمان، نزدیکی علم به فعالیت‌های صنعتی باعث توسعه سریع و جذب فناوری‌های پیشرفته در تمامی مراحل تولید صنعت شد، رویدادی که به عنوان انقلاب صنعتی سوم شناخته می‌شود. در این بستر، پروتکل HART (هارت) در سال ۱۹۸۹ ظهور کرد. مخفف Highway Addressable Remote Transducer، این پروتکل برای تسهیل کالیبراسیون و همچنین تنظیم دامنه و میرایی تجهیزات آنالوگ ایجاد شد.

کاربرد پروتکل HART(هارت)

پروتکل هارت یک استاندارد باز است که به صورت جهانی برای ارسال و دریافت اطلاعات دیجیتال از طریق سیم‌کشی آنالوگ بین دستگاه‌های هوشمند و سیستم‌های کنترلی استفاده می‌شود. با بیش از ۳۰ میلیون دستگاه نصب‌شده، این پروتکل محبوب‌ترین پروتکل مورد استفاده در این حوزه است. پروتکل HART اولین بار در اواخر دهه ۱۹۸۰ معرفی شد و به سرعت به دلیل قابلیت پشتیبانی از پروتکل آنالوگ قدیمی ۴-۲۰ میلی‌آمپر و اضافه کردن مزایای قابل توجه ابزار دقیق هوشمند دیجیتال، محبوبیت یافت.

 

ویژگی‌ها و مزایای پروتکل هارت 

پروتکل هارت که معمولاً برای ارتباط بین دستگاه‌های میدانی هوشمند و یک سیستم کنترلی استفاده می‌شود، اولین پروتکل ارتباطی دیجیتال دو طرفه بود که بر سیگنال کنترل آنالوگ تاثیری نداشت. این پروتکل دو کانال ارتباطی همزمان ارائه می‌دهد: یک سیگنال آنالوگ ۴-۲۰ میلی‌آمپر و یک سیگنال دیجیتال. سیگنال آنالوگ متغیر اندازه‌گیری شده را (در مورد یک ابزار میدانی) با استفاده از یک حلقه ۴-۲۰ میلی‌آمپر منتقل می‌کند، در حالی که سیگنال دیجیتال برای حمل اطلاعات اضافی از دستگاه استفاده می‌شود، مانند استانداردهای تنظیمات، کالیبراسیون ، پارامتربندی، برچسب‌های توصیفی و غیره.

پروتکل هارت فناوری اتصال فیزیکی و همچنین فرمان‌هایی که توسط برنامه‌ها استفاده می‌شوند را تعریف می‌کند. سه دسته فرمان HART وجود دارد: 1) فرمان‌های عمومی، 2) فرمان‌های معمولی، و 3) فرمان‌های ویژه دستگاه.

فرمان‌های عمومی توسط همه دستگاه‌های HART باید پیاده‌سازی شوند. این فرمان‌ها عمدتاً توسط کنترلر برای شناسایی یک دستگاه میدانی و خواندن داده‌های فرایندی استفاده می‌شوند. فرمان‌های معمولی، توابعی را تعریف می‌کنند که عموماً فقط برای دستگاه‌های میدانی کاربرد دارند. این فرمان‌ها شامل فرمان‌هایی برای تغییر محدوده، انتخاب واحدهای مهندسی و انجام آزمون‌های خودکار هستند. دسته سوم فرمان‌ها، فرمان‌های ویژه دستگاه هستند که برای هر دستگاه متفاوتند. فرمان‌های ویژه دستگاه، توابع تنظیم و پیکربندی منحصر به فردی را پیاده‌سازی می‌کنند. مهم است توجه داشته باشید که در حالی که دستگاه‌های مختلف از تولیدکنندگان مختلف که به صورت خارجی عملکرد مشابهی دارند – به عنوان مثال، اندازه‌گیری فشار تفاضلی – ممکن است سخت‌افزار کاملاً متفاوتی داشته باشند و به طور مشابه مجموعه فرمان‌های ویژه دستگاه متفاوتی داشته باشند.

 

فناوری HART (هارت)

HART یک پروتکل ارتباطی دو طرفه است که دسترسی به داده‌ها را بین ابزارهای میدانی هوشمند و سیستم‌های میزبان فراهم می‌کند. یک میزبان می‌تواند هر برنامه نرم‌افزاری از دستگاه دستی تکنسین یا لپ‌تاپ تا سیستم کنترل فرآیند، مدیریت دارایی، ایمنی یا هر سیستم دیگر در یک کارخانه با استفاده از هر پلتفرم کنترلی باشد. ارتباط بین دو دستگاه مجهز به HART صورت می‌گیرد، معمولاً یک دستگاه میدانی هوشمند و یک سیستم کنترل یا مانیتورینگ. سیم‌کشی درجه ابزاردقیق و روش‌های پایانه‌بندی استاندارد، ارتباطات قابل اعتمادی را تضمین می‌کنند.

هارت دو کانال ارتباطی همزمان فراهم می‌کند، یکی آنالوگ و دیگری دیجیتال: یک سیگنال 4-20 میلی‌آمپر مقدار اندازه‌گیری شده اصلی (PV) را به عنوان یک مقدار جریان آنالوگ با استفاده از سیم‌کشی که برق ابزار را تأمین می‌کند، منتقل می‌کند. سپس سیستم میزبان مقدار جریان را به یک مقدار فیزیکی طبق پارامترهای تعریف شده توسط نرم‌افزار HART تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، 7 میلی‌آمپر = 80 درجه فارنهایت.

اطلاعات دستگاه دیجیتال با رمزگذاری یک سیگنال دیجیتال، عموماً با استفاده از تکنیکی به نام کلید گذاری شیفت فرکانس (FSK) بر روی همان سیم‌کشی 4-20 میلی‌آمپر که برای ارتباطات آنالوگ استفاده می‌شود، منتقل می‌شود. سیگنال دیجیتال حاوی اطلاعاتی از دستگاه از جمله PV، وضعیت دستگاه، تشخیص‌ها و مقادیر اندازه‌گیری شده یا محاسبه شده اضافی است.

به‌طور کلی، این دو کانال ارتباطی یک راه‌حل کامل ارتباطات میدانی ارائه می‌دهند که طراحی آن آسان، استفاده از آن ساده، کم هزینه و بسیار قابل اعتماد است.

پروتکل هارت از استاندارد کلید گذاری شیفت فرکانس (FSK) استفاده می‌کند تا سیگنال‌های ارتباطات دیجیتال را در سطح پایین بر روی سیگنال 4-20 میلی‌آمپر قرار دهد. این امکان را فراهم می‌کند که ارتباطات میدانی دو طرفه انجام شود و اطلاعات اضافی فراتر از متغیر فرآیند معمولی به/از یک ابزار میدانی هوشمند منتقل شود.

پروتکل هارت با سرعت 1200 بیت بر ثانیه بدون قطع سیگنال 4-20 میلی‌آمپر ارتباط برقرار می‌کند و به یک برنامه میزبان (مستر) اجازه می‌دهد دو یا بیشتر به‌روزرسانی دیجیتال در ثانیه از یک دستگاه میدانی هوشمند دریافت کند.

 

کانال ارتباطی پروتکل هارت

 پروتکل HART دو کانال ارتباطی همزمان ارائه می‌دهد: سیگنال آنالوگ 4-20 میلی‌آمپر و یک سیگنال دیجیتال. سیگنال 4-20 میلی‌آمپر مقدار اندازه‌گیری شده اصلی را (در مورد یک ابزار میدانی) با استفاده از حلقه جریان 4-20 میلی‌آمپر که سریع‌ترین و قابل اعتمادترین استاندارد صنعتی است، منتقل می‌کند. اطلاعات اضافی دستگاه با استفاده از یک سیگنال دیجیتال که بر روی سیگنال آنالوگ قرار داده شده، منتقل می‌شود.

سیگنال دیجیتال حاوی اطلاعاتی از دستگاه است که شامل وضعیت دستگاه، تشخیص‌ها، مقادیر اندازه‌گیری شده یا محاسبه شده اضافی و غیره است. به‌طور کلی، این دو کانال ارتباطی یک راه‌حل کامل ارتباطات میدانی با هزینه کم و بسیار مقاوم ارائه می‌دهند که استفاده و پیکربندی آن آسان است.