Tổng quan về giao thức HART

0
258
1.  Giới thiệu về giao thức HART và sự trang bị thông minh
    Giao thức HART sử dụng trong các thiết bị trường thông minh được thiết kế cho các ứng dụng mà ở đó dữ liệu quá trình được thu thập từ các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành nhờ kĩ thuật truyền thông số.Các thiết bị này sẽ được kết nối trực tiếp với các bộ PLC và các máy tính. Giao thức HART (thiết bị chuyển đổi từ xa theo địa chỉ) là một kiểu bus trường thông minh điển hình. Nó có thể hoạt động theo kiểu số lai 4-20mA.
Các thiết bị trường thông minh thường đảm nhiệm các chức năng:

– Điều khiển việc chỉnh định range/zero/span

– Chẩn đoán các hàm chức năng

– Lưu giữ các thông tin về cài đặt cấu hình và các thông tin về trạng thái. 

Truy cập vào các chức năng này cho phép thu ở tốc độ lớn và hiệu quả của các quá trình cài đặt và bảo trì. Ví dụ,thời gian tiêu thụ dòng  4-20 mA trong giai đoạn kiểm tra có thể đạt được trong vài phút, và các thiết bị có thể được sẵn sàng để sử dụng trong các Quá trình zeroing và điều chỉnh cho bất kỳ khía cạnh kiểm soát khác như hạn chế  giá trị.
2. Giao thức HART
     Giao thức này đã được phát triển bởi Rosemount và được coi như là một tiêu chuẩn, có sẵn cho tất cả các nhà sản xuất. ý nghĩa  của nó là nó cho phép kỹ sư có một sự trang bị có sẵn dòng  4-20 mA và để sử dụng, đồng thời, các dây cùng thực hiện các thông tin  số chồng trên tín hiệu tương tự. Điều này cho phép hầu hết các công ty đã  tận dụng đầu tư với trang bị dòng 4-20 mA hiện có của họ  và các hệ thống liên kết và khả năng gắn thêm các HART đầu vào mà không mất chi phí lớn.
HART là một tương lai và các giao thức kỹ thuật số,  trái ngược với hầu hết các hệ thống trường Bus,đó là hoàn toàn kỹ thuật số
    Giao thức HART sử dụng mã hóa thay đổi tần số(FSK) dựa trên kỹ thuật Bell202 truyền đạt tiêu chuẩn. Hai tần số của mã hóa FSK là 1200 Hz và 2200 Hz đại diện cho logic 1 và 0 tương ứng, được sử dụng. Giá trị trung bình của sóng sin (ở tần số 1200 và 2200 Hz ), những tín hiệu được xếp chồng lên các tín hiệu 4-20 mA là bằng không. Do đó, các thông tin tương tự  4-20 mA không bị ảnh hưởng .
Song HART
Giao thức HART có thể được sử dụng trong ba cách:

– Cùng với tín hiệu 4-20 mA kết nối  điểm-điểm

– Cùng với các thiết bị khác trong lĩnh vực chế độ đa điểm

– Trong chế độ điểm-điểm chỉ có một thiết bị phát sóng trong lĩnh vực chế độ burst 

Kết nối điểm-điểm vòng sử dụng số không ,cho địa chỉ thông minh liên lạc. Cài đặt thiết bị thông minh địa chỉ bỏ phiếu cho một số lớn hơn số không tạo ra một vòng lặp đa điểm,Các thiết bị thông minh sau đó đặt ra tín hiệu  tương tự đầu ra là một dòng  4mA và địa chỉ liên lạc số.
Giao thức HART có hai định dạng để truyền dữ liệu số:
– Thăm dò ý kiến phản ứng chế độ

– Burst (hoặc phát sóng) chế độ 

Trong cuộc thăm dò / chế độ trả lời cuộc thăm dò từng là bậc thầy của các thiết bị chuyển đổi từ xa tốc độ cao theo địa chỉ và yêu cầu các thông tin có liên quan. Trong chế độ burst thiết bị trường liên tục truyền dữ liệu quá trình mà không cần đến các máy chủ để gửi tin nhắn yêu cầu. Mặc dù chế độ này là khá nhanh (lên đến 3,7 lần / giây), nó không thể được sử dụng trong các mạng đa điểm
3. Lớp vật lý
Các lớp vật lý của giao thức HART được dựa trên hai phương pháp giao tiếp.
  • – Kỹ thuật tương tự dòng từ 4-20 mA
  • – Kỹ thuật số thay đổi tần số keying (FSK)  
 Liên kiết HART điểm – điểm
Ket noi HART
Tín hiệu chuẩn dùng cho các thiết bị đo lường trong các nhà máy tự động hóa là tín hiệu tương tự dạng dòng điện 4-20mA. Trong đó 4mA tương ứng với giới hạn đo dưới của thiết bị, và 20mA tương ứng với giới hạn đo trên của thiết bị. Giả sử đối với một thiết bị cảm biến đo áp suất có giải đo từ 0-100 Psi, khi tín hiệu ra là 4mA sẽ có nghĩa là áp suất đặt vào thiết bị là bằng 0, còn khi tín hiệu dòng ra là 20mA thì có nghĩa là áp suất đạt vào bộ phận cảm biến của thiết bị chuyển đổi đo lường là bằng 100 psi, và tương tự, một dòng điện 12mA ở đầu ra thiết bị là tương ứng với áp suất 50Psi ở đầu vào Giao tiếp này luôn luôn là điểm-điểm, i.e. từ một thiết bị khác. Không thể làm điều này bằng cách sử dụng phương thức liên lạc điểm- đa điểm. Nếu hai hay nhiều thiết bị đưa một số hiện trên dòng cùng một lúc, các kết quả giá trị hiện tại sẽ không đúng đắn cho cả hai thiết bị.
Liên kết đa điểm
Giao tiep HART
Đối với truyền đa điểm, giao thức HART sử dụng một điều chế  số / tương tự, kỹ thuật được gọi là thay đổi tần số keying (FSK). Kỹ thuật này dựa trên giao tiếp chuẩn Bell 202. Tốc độ truyền dữ liệu là 1.200 baud .tần số (2200 Hz)ứng với logic ‘0’ và tần số (1200 Hz)ứng với mức logic ‘1’ Điều này cho phép khả năng giao tiếp hai chiều để truyền tải/tiếp nhận thêm được các thông tin đến/từ thiết bị cảm biến thông minh. Giao tiếp HART sử dụng tốc độ truyền thông 1200bps nên không làm ảnh hưởng đến tín hiệu 4-20mA được truyền trên cùng một đường dây và cho phép hai hay nhiều hơn các dự liệu số được trao đỏi giữa hẹ thống điều khiển/hiển thị trung tâm với thiết bị cảm biến. Vì tín hiệu số FSK là liên tục về pha và không gây nhiễu cho tín hiệu 4-20mA. )
Do có tính chống nhiễu cao và không bị biến đổi khi truyền trên một khoảng cách dài so với tín hiệu đo lường dạng áp: 0-5VDC, 0-10 VDC, nên tín hiệu dòng 4-20mA đã được chấp nhận và sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

 Nguồn: Phan Sinh Thái