by 
Giao thức HART được xây dựng dựa trên nguyên tắc phất huy tính ưu việt của tín hiệu dòng 4-20mA cho các cảm biến chuyển đổi đo lường thông minh. Nó được đặc biệt áp dụng cho các thiết bị sử dụng tín hiệu ra dạng dòng 4-20mA truyền thống. Giao thức HART cho phép giữ lại tính ưu việt của tín hiệu dòng 4-20mA, đồng thời cho phép khả năng giao tiếp tín hiệu số hai chiều mà không làm ảnh hưởng đến các tính năng đo lường của tín hiệu 4-20mA. Khác với các công nghệ truyền tín hiệu số khác, thiết bị sử dụng giao thức HART vẫn có thể được sử dụng tương thích với các hệ thống sử dụng tín hiệu 4-20mA truyền thống, và do đó cung cấp cho người sử dụng một giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề tương thích giữa hệ thống cũ và công nghệ mới. Vì những lý do đó, HART đang được biết đến như và sự nâng cấp số hóa việc truyền thông sử dụng tín hiệu 4-20mA truyền thống.
Theo mô hình tham chiếu OSI, HART chuẩn hóa lớp 1, 2 và 7. Giao thức HART sử dụng phương thức mã hóa bit FSK với 2 tần số là 1200 và 2200 Hz cho logic 1 và logic 0. Giá trị trung bình của sóng sin (ở tần số 1200 và 2200 Hz), những tín hiệu được xếp chồng lên các tín hiệu 4-20mA là bằng 0. Vì vậy, các thông tin tương tự 4-20mA sẽ không bị ảnh hưởng .
HART là giao thức truyền thống dạng chủ/tớ (Master/Slave), có nghĩa là thiết bị tại hiện trường (slave) chỉ có thể giao tiếp với Master. HART có thể được sử dụng trong các chế độ truyền thông khác nhau để truyền tải thông tin từ/tới các cảm biến thông minh và hệ thống điều khiển/giám sát trung tâm. HART cung cấp tới hai Master (sơ cấp và thứ cấp) . Điều đó cho phép Master thứ cấp như thiết bị giao tiếp căn chỉnh bên ngoài có thể được sử dụng để giám sát/cấu hình lại Slave-thiết bị cảm biến mà không làm ảnh hưởng tới Master sơ cấp - Hệ thống điều khiển/giám sát trung tâm. Ứng dụng thường gặp nhất của HART là chế độ giao tiếp Master/slave đồng thời với việc truyền tải tín hiệu 4-20 mA.
Các chế độ hoạt động của giao thức HART
Có hai chế độ hoạt động chính của các thiết bị HART: chế độ điểm - điểm (analog/digital), và chế độ multi-drop (digital).
1) Điểm-điểm: Peer-to-Peer mode (analog/digital)
Thông tin tương tự và kỹ thuật số có thể được truyền đạt đồng thời trong chế độ này. Cả dòng điện 4-20 mA và tín hiệu số đều là các giá trị đầu ra hợp lệ từ thiết bị HART. Địa chỉ hỏi vòng (polling address) của thiết bị HART phải được cài đặt thành “0” và chỉ một thiết bị HART có thể được đặt trên HART bus. Một chế độ giao tiếp tùy chọn “burst” trong đó có một thiết bị slave có thể phát liên tục một tin nhắn trả lời HART tiêu chuẩn có thể được sử dụng trong cấu hình ngang hàng peer-to-peer và tốc độ cập nhật cao hơn là có thể.
Thông tin tương tự và kỹ thuật số có thể được truyền đạt đồng thời trong chế độ này. Cả dòng điện 4-20 mA và tín hiệu số đều là các giá trị đầu ra hợp lệ từ thiết bị HART. Địa chỉ hỏi vòng (polling address) của thiết bị HART phải được cài đặt thành “0” và chỉ một thiết bị HART có thể được đặt trên HART bus. Một chế độ giao tiếp tùy chọn “burst” trong đó có một thiết bị slave có thể phát liên tục một tin nhắn trả lời HART tiêu chuẩn có thể được sử dụng trong cấu hình ngang hàng peer-to-peer và tốc độ cập nhật cao hơn là có thể.
Một tín hiệu, thường được chỉ định bởi người sử dụng, được xác định là tín hiệu 4-20 mA. Các tín hiệu khác được gửi theo kiểu số ở đầu tín hiệu 4-20 mA. Ví dụ, áp suất có thể được gửi như tín hiệu 4-20 mA, và nhiệt độ có thể được gửi theo kiểu kỹ thuật số trên cùng một dây. Trong chế độ điểm-điểm, phần kỹ thuật số của giao thức HART có thể được xem như một dạng giao diện vòng lặp dòng kỹ thuật số.
Ví dụ về các vòng dòng được sử dụng để phát hiện và điều khiển. Giao thức HART có thể được phủ lên trên các vòng dòng 4-20 mA.
2) Đa điểm: Multi-drop mode (digital)
Trong chế độ Multi-drop, chỉ có các tín hiệu số có thể được dùng và dòng mạch vòng analog được cố định ở 4 mA. Nó có thể lên đến 15 thiết bị trên HART bus. Địa chỉ kiểm soát vòng (polling addresses) của các thiết bị này có thể là từ 1 đến 15 và mỗi thiết bị cần có một địa chỉ duy nhất.
Trong chế độ Multi-drop, chỉ có các tín hiệu số có thể được dùng và dòng mạch vòng analog được cố định ở 4 mA. Nó có thể lên đến 15 thiết bị trên HART bus. Địa chỉ kiểm soát vòng (polling addresses) của các thiết bị này có thể là từ 1 đến 15 và mỗi thiết bị cần có một địa chỉ duy nhất.
1. Biên giao nhau (Crossing border)
Một lợi thế đáng kể của giao thức HART là ứng dụng trên toàn thế giới và sự chấp nhận của nó trên khắp các thị trường và ngành công nghiệp khác nhau. Độc lập với các nhà sản xuất và nhà cung cấp, giao tiếp mở được thực hiện thông qua các lệnh được thiết lập, chuẩn hóa. Đối với các thế hệ thiết bị hiện trường ngày nay, sự hỗ trợ của các chức năng HART là một tính năng tiêu chuẩn. Các hệ thống điều khiển quá trình cũng hỗ trợ kết nối HART.
Một lợi thế đáng kể của giao thức HART là ứng dụng trên toàn thế giới và sự chấp nhận của nó trên khắp các thị trường và ngành công nghiệp khác nhau. Độc lập với các nhà sản xuất và nhà cung cấp, giao tiếp mở được thực hiện thông qua các lệnh được thiết lập, chuẩn hóa. Đối với các thế hệ thiết bị hiện trường ngày nay, sự hỗ trợ của các chức năng HART là một tính năng tiêu chuẩn. Các hệ thống điều khiển quá trình cũng hỗ trợ kết nối HART.
2. Tự do lựa chọn
Hầu như tất cả các nhà sản xuất lớn đều cung cấp sản phẩm của họ với giao thức HART. Nói một cách đơn giản: HART thống trị trên các cài đặt tự động hóa quy trình. Theo Tổ chức truyền thông HART, hơn 30 triệu thiết bị được cài đặt trên toàn thế giới đã sẵn sàng cho giao thức HART.
3. Không bế tắc
Tổ chức truyền thông HART điều phối các hoạt động trên toàn thế giới đề cập đến ứng dụng và tiến trình liên tục của giao thức HART. Thiết bị đã thay đổi. Ứng dụng đã thay đổi. Yêu cầu đã thay đổi: HART đã theo kịp tất cả những điều này và cung cấp hỗ trợ thông qua công việc của Tổ chức Truyền thông HART.
Tổ chức truyền thông HART điều phối các hoạt động trên toàn thế giới đề cập đến ứng dụng và tiến trình liên tục của giao thức HART. Thiết bị đã thay đổi. Ứng dụng đã thay đổi. Yêu cầu đã thay đổi: HART đã theo kịp tất cả những điều này và cung cấp hỗ trợ thông qua công việc của Tổ chức Truyền thông HART.
4. Tích hợp liền mạch
Theo công nghệ HART dựa trên hệ thống dây điện thông thường, các nhà máy hiện tại có thể được mở rộng liên tục. Điều này có nghĩa là khi chọn HART, các cài đặt trường vẫn không thay đổi vì hầu hết các thiết bị 4 mA… 20 mA là các thiết bị có khả năng giao tiếp HART. Giao thức HART cũng hoàn toàn tương thích với các tiêu chuẩn tương tự và các phương thức giao tiếp kỹ thuật số. Không cần tham số dây bổ sung hoặc tham số phần cứng và phần mềm.
5. Bổ sung thông tin
Hầu hết các nhà máy tự động ngày nay đều dựa trên khái niệm đấu dây 4 mA… 20 mA đã được chứng minh. Mỗi thiết bị đo cung cấp giá trị đo được “phần chính” của nó trên vòng lặp dòng điện của tín hiệu chuẩn. Nhờ công nghệ HART, các thiết bị này cung cấp thêm thông tin về quy trình, vì thông tin kỹ thuật số bổ sung được truyền đồng thời trên tín hiệu analog. Ví dụ, máy phát áp lực cũng cung cấp các giá trị nhiệt độ.
Hầu hết các nhà máy tự động ngày nay đều dựa trên khái niệm đấu dây 4 mA… 20 mA đã được chứng minh. Mỗi thiết bị đo cung cấp giá trị đo được “phần chính” của nó trên vòng lặp dòng điện của tín hiệu chuẩn. Nhờ công nghệ HART, các thiết bị này cung cấp thêm thông tin về quy trình, vì thông tin kỹ thuật số bổ sung được truyền đồng thời trên tín hiệu analog. Ví dụ, máy phát áp lực cũng cung cấp các giá trị nhiệt độ.
6. Tính năng đa dạng, phong phú
Với sự trợ giúp của bộ ghép kênh HART, HART cho phép kết nối các thiết bị hiện trường với các hệ thống quản lý tài sản. Khi một cảm biến cung cấp nhiều thông tin hơn giá trị đo được, thông tin bổ sung này có thể truy cập được cho phía điều khiển thông qua HART. HART cũng cho phép truyền tải thông tin trạng thái và chẩn đoán để bảo trì và tham số hóa các thiết bị hiện trường. Giao thức HART cũng cho phép thực hiện các phép thử đột quỵ một phần, có liên quan đến các ứng dụng liên quan đến an toàn.
Với sự trợ giúp của bộ ghép kênh HART, HART cho phép kết nối các thiết bị hiện trường với các hệ thống quản lý tài sản. Khi một cảm biến cung cấp nhiều thông tin hơn giá trị đo được, thông tin bổ sung này có thể truy cập được cho phía điều khiển thông qua HART. HART cũng cho phép truyền tải thông tin trạng thái và chẩn đoán để bảo trì và tham số hóa các thiết bị hiện trường. Giao thức HART cũng cho phép thực hiện các phép thử đột quỵ một phần, có liên quan đến các ứng dụng liên quan đến an toàn.
0 comments: