Технология использования слаботочных сигналов связи в диапазоне 4-20 мА применяется в автоматизации технологических процессов уже более 40 лет. Благодаря этому решению важная информация от измерительных устройств может передаваться в системы мониторинга, контроля и управления, такие как программируемые логические контроллеры (ПЛК).
Преимуществами этого метода связи являются его простота и использование двухпроводных линий для подачи питания и передачи измерительного сигнала. Когда речь идет о непрерывном измерении, 4 мА — это 0%, а 20 мА — 100%.
В случае повреждения линии значение тока падает до 0 мА, так что мы можем легко получить простую диагностическую информацию. Еще одним преимуществом является то, что сигнал может передаваться даже на расстояние до 1000 м. Сегодня даже самые простые измерительные датчики используют аналоговую связь.
HART — это цифровой промышленный протокол, используемый для передачи данных в современной технологии автоматизации.
Как работает HART?
В 1970-х годах Bell Labs Research разработала стандарт Bell 202, который был более широко принят промышленностью во второй половине 1980-х годов. С 1993 года этот стандарт известен как HART и является открытым и бесплатным для использования любым производителем.
Протокол HART позволяет осуществлять связь с полевыми приборами через токовую петлю 4-20 мА либо для получения данных конфигурации и параметров, либо для измерения температуры, расхода, давления или любого другого процесса. Управляющая информация прибора модулируется в цифровом виде через токовую петлю. Скорость составляет 1 200 бит/с, поэтому главный компьютер может обновлять информацию несколько раз в секунду.
Революционное решение с использованием протокола связи HART (Highway Addressable Romete Sensor) позволяет этим устройствам работать как в аналоговом, так и в цифровом режимах.
Настройка аналогового сигнала на HART заключается в наложении сигнала переменного тока, где логическая единица соответствует 1200 Гц, а нулевой сигнал — 2200 Гц.
Среднее значение цифрового сигнала переменного тока равно нулю, поэтому нет необходимости беспокоиться о помехах для сигнала постоянного тока.
В дополнение к основной информации об измерениях через HART, дополнительные данные, такие как настройки калибровки, маркеры точек измерения или другая диагностическая информация, могут быть отправлены с помощью того же двухпроводного соединения.
Сегодня он является стандартом связи для измерительных приборов в промышленности и используется всеми производителями оборудования, включая Endress + Hauser, Emerson, Yokogawa, ABB и многих других.
HART чаще всего используется как протокол «ведущий-ведомый», т.е. ведомое устройство отправляет данные только по запросу ведущего устройства.
Ведущим устройством может быть консоль на станции управления, специальное мобильное устройство, подключенное к ноутбуку, или портативный HART-программатор в виде модема.
Разработка протоколов и новые приложения
Для координации деятельности и правильного применения был создан Фонд HART для производителей. Эта независимая организация занимается разработкой, поддержкой и координацией этого открытого стандарта связи. В настоящее время последней версией является HART 7.1.
Помимо развития самого протокола и усовершенствования передачи данных, существуют такие решения, как беспроводной HART, т.е. беспроводная связь, позволяющая, например, передавать сигналы из мест, которые еще не подключены к системе управления.
До сих пор метод связи, который использовался в основном для программирования и диагностики, становится основным или альтернативным каналом связи. Через него можно отправить до четырех дополнительных значений с измерительного устройства.
Например, на бесконтактном радаре FMR62 от Endress + Hauser можно указать: уровень, расстояние, температуру электроники, амплитуду эха или другую информацию, необходимую для расширенной диагностики.
HART как основа для оцифровки устройств
Одним из наиболее интересных применений протокола HART является простое внедрение данных с устройств в облачные решения. Все больше и больше компаний убеждают воспользоваться широким спектром функций, предлагаемых облачными вычислениями.
Доступ к данным измерений и диагностики из любого места и в любое время, возможность анализа исторических данных, новые возможности для оптимизации процессов и сокращение времени, необходимого для устранения неполадок или предиктивной диагностики, сделали протокол HART самым популярным стандартом связи в промышленных сетях.
Устройства с HART-связью можно смело отнести к цифровым устройствам, поэтому в большинстве случаев они готовы к использованию в облачных средах (облачных системах хранения данных).
Примером такого решения является экосистема Netilion, предоставляемая в качестве услуги компанией Endress + Hauser. Любое устройство HART может быть подключено к облаку через шлюз, после чего пограничное устройство отправляет информацию в облако на основе безопасного решения AWS (Amazon Web Services).
Также можно использовать беспроводное соединение HART или оснастить существующее устройство специальным адаптером, обеспечивающим такое соединение. Таким образом, чтобы воспользоваться преимуществами новейших цифровых решений, не требуется кардинальной перестройки бизнеса.
Во многих случаях пользователи сталкиваются с цифровыми устройствами, потенциал которых еще не полностью раскрыт.
Однако необходим лишь небольшой шаг, чтобы более широко использовать известные до сих пор методы связи и объединить их с новейшими информационными технологиями, чтобы предложить пользователям ранее неизвестные усовершенствования. протокол HART, безусловно, обеспечивает хорошую основу для внедрения цифровых решений на предприятии.
