Giao thức HART là gì? Tính năng và ứng dụng

Giao thức HART là gì? Với sự phát triển không ngừng của tự động hóa trong lĩnh vực công nghiệp, nhiều giao thức truyền thông được ra đời và sử dụng phổ biến, và HART là một trong số đó. Ở bài viết này chúng ta sẽ đi sâu hơn để tìm hiểu về giao thức HART nhé. 

1. Giao thức HART là gì?

Giao thức HART là gì?

Giao thức HART (Highway Addressable Remote Transducer) là một tiêu chuẩn toàn cầu để gửi và nhận thông tin tín hiệu kỹ thuật số trên cùng đường truyền tín hiệu tương tự Analog giữa các thiết bị thông minh và hệ thống điều khiển hoặc giám sát hoặc thiết bị truyền thông cầm tay.

Nói một cách cụ thể hơn thì HART là một giao thức truyền thông hai chiều cung cấp khả năng truy cập dữ liệu giữa các thiết bị trường thông minhg và hệ thông máy chủ. Máy chủ có thể là bất kỳ ứng dụng phần mềm nào từ thiết bị cầm tay hoặc PC để kiểm soát một nhà máy xử lý, quản lý thiết bị, an toàn hoặc hệ thống khác.

Giao thức HART được phát triển bởi Emerson vào những năm 1980 như một giao thức truyền thông độc quyền, để giải quyết các khiếm khuyết trong giao thức truyền thông 4-20mA hiện có.

Với giao thức HART, các nỗ lực tự động hóa công nghiệp có thể đạt được giao tiếp hai chiều khắc phục các nhược điểm của 4-20m A, nhưng cũng giữ lại cơ sở hạ tầng của nó vì giao thức HART có thể gửi tín hiệu kỹ thuật số đồng thời với các tín hiệu tương tự mà không bị méo hoặc nhiễu. Giúp cho các công ty không phải tái đầu tư hệ thống thiết bị mà vẫn sử dụng được giao thức HART.

2. Cách thức hoạt động của giao thức HART

Cách thức hoạt động của giao thức HART

 

Giao thức truyền thông HART dựa trên tiêu chuẩn giao tiếp Bell 202 và hoạt động bằng cách sử dụng nguyên tắc khóa dịch chuyển tần số (Frequency Shift Keying-FSK).

Vì giá trị trung bình của tín hiệu FSK luôn bằng 0 nên tín hiệu tương tự 4 – 20m A không bị ảnh hưởng. Tín hiệu kỹ thuật số có thời gian đáp ứng khoảng 2 – 3 lần cập nhật dữ liệu mỗi giây mà không làm gián đoạn tín hiệu tượng tự.

Điều này cho phép giao tiếp trường hai chiều diễn ra và giúp thông tin bổ sung ngoài biến quy trình thông thường có thể được truyền đạt đến/đi từ một thiết bị trường thông minh.

Giao thức HART giao tiếp ở tốc độ 1200 bps mà không làm gián đoạn tín hiệu 4-20mA và cho phép ứng dụng Master nhận hai hoặc nhiều bản cập nhật kỹ thuật số mỗi giây từ một thiết bị trường thông minh.

Công nghệ HART là một giao thức chủ/tớ (master/slave), ở đây thiết bị trường thông minh (Slave) chỉ nói khi được Master hỏi. HART có thể được sử dụng ở nhiều chế độ khác nhau như: điểm – điểm, đa điểm truyền thông tin đến/ từ các thiết bị trường thông minh và hệ thống giám sát hoặc điều khiển trung tâm.

Giao thức HART cung cấp hai kênh giao tiếp đồng thời là:

  • Tín hiệu 4-20mA giao tiếp giá trị đo chính bằng cách sử dụng vòng lặp dòng điện 4-20mA. Thông tin thiết bị bổ sung được giao tiếp bằng cách sử dụng tín hiệu kỹ thuật số được đặt chồng lên tín hiệu tương tự.
  • Tín hiệu kỹ thuật số chứa thông tin từ thiết bị bao gồm trạng thái thiết bị, chẩn đoán, các giá trị được đo hoặc tính toán bổ sung, v.v.

Cùng với nhau, hai kênh truyền thông cung cấp giải pháp truyền thông trường hoàn chỉnh chi phí thấp và rất mạnh mẽ, dễ sử dụng và cấu hình.

3. Mạng HART

 

a. Điểm – điểm (Point-to-Point)

Điểm – điểm (Point-to-Point)

Giao tiếp HART diễn ra giữa hai thiết bị hỗ trợ HART, giao tiếp xảy ra bằng cách sử dụng dây cấp thiết bị đo tiêu chuẩn và sử dụng các phương pháp đấu dây và kết thúc tiêu chuẩn.

HART cung cấp tới hai Master (sơ cấp và thứ cấp), điều này cho phép Master thứ cấp như thiết bị cầm tay được sử dụng mà không can thiệp đến thông tin liên lạc đến/đi của Master sơ cấp (hệ thống giám sát và điều khiển)

b. Chế độ đa điểm (Multidrop)

Chế độ đa điểm (Multidrop)

Chế độ cấu hình mạng Multi-Drop cho phép một số thiết bị được kết nối trên cùng một cặp dây. Giao tiếp ở chế độ đa điểm hoàn toàn là kỹ thuật số vì giao tiếp qua dòng tương tự bị tắt vì dòng điện qua mỗi thiết bị được cố định ở giá trị tối thiểu vừa đủ cho hoạt động của thiết bị.

Cấu hình mạng đa điểm thường được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển giám sát có khoảng cách rộng rãi như trong các hệ thống bể chứa và đường ống.

4. Chế độ giao tiếp

Đối với truyền thông theo giao thức HART, một thiết bị trong mạng thường là hệ thống điều khiển phân tán hoặc PLC. Được yêu cầu được chỉ định là thiết bị chính, trong khi các thiết bị trường như cảm biến hoặc thiết bị truyền động, được chỉ định làm tớ.

Một mạng gồm có các thiết bị tuân thủ giao thức HART có thể được thiết lập để giao tiếp ở hai chế độ, cụ thể là:

a. Chế độ giao tiếp yêu cầu – phản hồi

Ở chế độ này, thiết bị phụ chỉ truyền thông tin khi thiết bị chính đưa ra yêu cầu. Nhược điểm lớn nhất của chế độ này là làm giảm tốc độ truyền thông (cập nhật dữ liệu 2-3 mỗi giây) nhưng chúng lại giữ giúp cho giao thức đơn giản và hiệu quả, dễ thực hiện.

b. Chế độ Burst

Trong chế độ này, các thiết bị “slave” có thể gửi một mẩu thông tin duy nhất, liên tục mà không cần yêu cầu lặp lại từ chủ. Chế độ này cung cấp tốc độ giao tiếp nhanh hơn với tối đa 3 – 4 bản cập nhật mỗi giây, được sử dụng trong các tình huống yêu cầu nhiều hơn một thiết bị HART để nghe giao tiếp từ vòng lặp HART.

Để cho phép giám sát bên ngoài, mong muốn cho hâù hết các ứng dụng công nghiệp cả hai chế độ giao tiếp đều hỗ trợ tối đa hai chế độ chính được xác định là chính và phụ. Thiết bị chính thường là hệ thống điều khiển/giám sát, thiết bị phụ thường là một thiết bị giống như thiết bị đầu cuối cầm tay HART Communicator, chỉ được kết nối với vòng lặp HART trong một khoảng thời gian ngắn.

5. Lợi ích của giao thức HART

Lợi ích của giao thức HART

a. Giao tiếp hai chiều

Ví dụ: việc sử dụng tín hiệu tương tự 4 – 20mA cho phép luồng thông tin chỉ theo một hướng. Với giao thức HART, dữ liệu cps thể truyền theo cả hai hướng.

Các kênh giao tiếp truyền thống như 4 – 20 m A chỉ cho phép giao tiếp một biến quy trình duy nhất mà không có chỗ để xác thực. Nhưng với HART, bạn có thể nhận được tới 40 thông tin bổ sung cùng với biến quy trình.

Một số ví dụ về thông tin bổ sung có thể được thu thập từ các thiết bị dựa trên HART bao gồm:

  • Trạng thái thiết bị & cảnh báo chẩn đoán
  • Xử lý biến & đơn vị
  • Vòng lặp dòng & % thang đo
  • Các thông số cấu hình cơ bản
  • Thông tin nhà sản xuất & thiết bị

Sử dụng kết hợp thông tin bổ sung này, các thiết bị HART có thể tự báo cáo các vấn đề với cấu hình hoặc hoạt động của chúng cho thiết bị chủ / chủ. Điều này giúp giảm nhu cầu kiểm tra định kỳ và có thể rất hữu ích cho việc dự báo bảo trì.

b. Thiết bị đa biến

Trong chế độ kỹ thuật số, có thể xử lý nhiều biến trên một đường dây.

HART được coi là giao thức được hỗ trợ rộng rãi nhất cho ngành công nghiệp xử lý, chúng phổ biến đến mức xác suất một thiết bị công nghiệp tương thích HART là gần như 1.

c. Khả năng tương tác

Các thiết bị và hệ thống máy chủ tương thích với giao thức HART có thể hoạt động cùng nhau bất kể nhà cung cấp, kiểu máy và các vấn đề về khả năng tương thích/tương tác khác ảnh hưởng đến mạng.

Ngay cả các thiết bị chủ không được thiết kế để xử lý thông tin kỹ thuật số từ thiết bị HART vẫn sẽ có một số mức độ tương tác với giao tiếp thông qua tín hiệu tương tự 4-20 mA.

Bài viết trên đã tổng hợp những thông tin về HART, hy vọng sẽ giúp bạn dễ dang áp dụng chúng vào trong thực tế hơn.

>>> Xem thêm: Modbus là gì? Khái niệm và phân loại

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

plc schneider sử dụng cookie để cung cấp cho bạn trải nghiệm duyệt web tốt hơn. Bằng cách duyệt trang web này, bạn đồng ý với việc sử dụng cookie của chúng tôi.