مقدمه
در سیستمهای ابزار دقیق، انتقال اطلاعات از تجهیزات نصبشده در میدان به سیستم کنترل اهمیت زیادی دارد. سیگنال 4-20mA یکی از رایجترین روشهای انتقال مقدار اندازهگیریشده در صنایع فرآیندی است؛ اما این سیگنال بهتنهایی اطلاعات محدودی را منتقل میکند.
برای مثال، یک ترانسمیتر فشار میتواند مقدار فشار را از طریق 4-20mA به سیستم کنترل ارسال کند، اما اطلاعاتی مانند وضعیت تجهیز، اطلاعات تشخیصی، تنظیمات و سایر متغیرهای اندازهگیریشده را نمیتوان صرفاً از مقدار جریان دریافت کرد.
اینجاست که HART Protocol وارد میشود. HART امکان انتقال اطلاعات دیجیتال را در کنار سیگنال آنالوگ 4-20mA فراهم میکند و به همین دلیل یکی از فناوریهای مهم در تجهیزات هوشمند ابزار دقیق محسوب میشود.
پروتکل HART چیست؟
HART مخفف Highway Addressable Remote Transducer است. این پروتکل برای برقراری ارتباط دوطرفه با تجهیزات هوشمند ابزار دقیق طراحی شده و امکان تبادل اطلاعات دیجیتال بین تجهیز میدان و سیستم میزبان را فراهم میکند.
ویژگی مهم HART این است که ارتباط دیجیتال را روی همان زیرساخت حلقه 4-20mA قرار میدهد. بنابراین یک تجهیز میتواند مقدار اصلی فرآیند را از طریق سیگنال آنالوگ منتقل کند و همزمان اطلاعات دیجیتال بیشتری را نیز در اختیار سیستم میزبان قرار دهد.
به همین دلیل HART را نباید جایگزین 4-20mA دانست؛ بلکه این دو در یک سیستم HART میتوانند همزمان مورد استفاده قرار گیرند.
HART چگونه کار میکند؟
در HART استاندارد، ارتباط دیجیتال بر اساس روش Frequency Shift Keying یا FSK انجام میشود.
در این روش، سیگنال دیجیتال با دو فرکانس مشخص منتقل میشود:
- 1200 Hz
- 2200 Hz
این روش بر اساس استاندارد Bell 202 است و سیگنال دیجیتال با دامنه کم روی سیگنال DC حلقه 4-20mA قرار میگیرد. از آنجا که مقدار متوسط سیگنال FSK صفر است، ارتباط دیجیتال تأثیری بر مقدار آنالوگ 4-20mA ندارد.
HART در روش FSK با نرخ 1200 bit/s ارتباط برقرار میکند و امکان ارتباط دوطرفه میان تجهیز و سیستم میزبان را فراهم میسازد.
HART چه اطلاعاتی منتقل میکند؟
یکی از مهمترین مزایای HART این است که ارتباط را به مقدار اصلی اندازهگیری محدود نمیکند.
اطلاعات قابل تبادل میتواند شامل مواردی مانند:
- مقدار متغیر اصلی فرآیند (PV)
- وضعیت تجهیز
- اطلاعات تشخیصی
- متغیرهای اندازهگیری یا محاسبهشده اضافی
- پارامترهای پیکربندی تجهیز
باشد.
برای مثال، یک ترانسمیتر فشار ممکن است مقدار فشار را از طریق 4-20mA ارسال کند، در حالی که از طریق HART میتوان اطلاعات بیشتری درباره وضعیت و تنظیمات تجهیز دریافت کرد.
اجزای اصلی یک سیستم HART
یک سیستم HART معمولاً شامل یک HART Field Device، حلقه جریان 4-20mA و یک سیستم میزبان یا ابزار ارتباطی HART است.
تجهیز میدان میتواند یک ترانسمیتر فشار، دما، سطح، دبی یا سایر تجهیزات هوشمند باشد. سیستم میزبان نیز میتواند برای پیکربندی، مشاهده اطلاعات و عیبیابی تجهیز مورد استفاده قرار گیرد.
HART Communicator چیست؟
یکی از ابزارهای شناختهشده برای ارتباط با تجهیزات HART، HART Communicator است.
این تجهیزات به مهندس یا تکنسین اجازه میدهند بدون نیاز به تغییر اساسی در سیمکشی، با تجهیز هوشمند ارتباط برقرار کرده و اطلاعات آن را مشاهده یا پارامترهای مجاز آن را تنظیم کنند.
از کاربردهای رایج ارتباط HART میتوان به:
- پیکربندی تجهیز
- بررسی پارامترهای دستگاه
- مشاهده اطلاعات تشخیصی
- بررسی وضعیت تجهیز
- کمک به عیبیابی و راهاندازی
اشاره کرد.
کاربرد HART در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی
HART در تجهیزات مختلف ابزار دقیق مورد استفاده قرار گرفته و در صنایع فرآیندی کاربرد گستردهای دارد.
صنایع نفت و گاز
در ترانسمیترهای فشار، دما، سطح و دبی و همچنین بسیاری از تجهیزات هوشمند میدان میتوان از HART برای پیکربندی و عیبیابی استفاده کرد.
صنایع پتروشیمی
در واحدهای فرآیندی پتروشیمی، دسترسی به اطلاعات تشخیصی و پارامترهای تجهیز میتواند به نگهداری و بهرهبرداری بهتر از تجهیزات ابزار دقیق کمک کند.
نیروگاهها
در نیروگاهها نیز تجهیزات اندازهگیری و کنترل فرآیند مانند ترانسمیترها میتوانند از ارتباط HART برای تنظیم، پایش و عیبیابی استفاده کنند.
مزایای استفاده از HART
مهمترین مزیت HART این است که میتوان از زیرساخت رایج 4-20mA استفاده کرد و در عین حال به اطلاعات دیجیتال بیشتری از تجهیزات هوشمند دسترسی داشت.
از مزایای آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- ارتباط دوطرفه با تجهیز
- دسترسی به اطلاعات تشخیصی
- امکان پیکربندی تجهیزات
- انتقال اطلاعات اضافی در کنار متغیر اصلی
- استفاده همزمان از ارتباط آنالوگ و دیجیتال
- مناسب بودن برای تجهیزات هوشمند ابزار دقیق
تفاوت HART و 4-20mA چیست؟
4-20mA یک روش انتقال سیگنال آنالوگ است که معمولاً برای انتقال مقدار اصلی اندازهگیریشده استفاده میشود.
HART یک پروتکل ارتباط دیجیتال است که اطلاعات دیجیتال را روی همان حلقه 4-20mA منتقل میکند.
بنابراین:
4-20mA → انتقال مقدار آنالوگ فرآیند
HART → انتقال اطلاعات دیجیتال اضافی و ارتباط دوطرفه
این تفاوت یکی از مهمترین مفاهیمی است که در کار با تجهیزات هوشمند ابزار دقیق باید به آن توجه شود.
HART چه نقشی در نگهداری و عیبیابی تجهیزات دارد؟
یکی از کاربردهای مهم HART در عملیات Commissioning، Maintenance و Troubleshooting تجهیزات ابزار دقیق است.
تکنسین میتواند با برقراری ارتباط با تجهیز، اطلاعاتی را که از طریق سیگنال آنالوگ قابل مشاهده نیستند بررسی کند. این موضوع میتواند در تشخیص مشکلات مربوط به تنظیمات، وضعیت تجهیز یا عملکرد آن مفید باشد.
به همین دلیل HART علاوه بر انتقال اطلاعات فرآیند، میتواند به کاهش زمان مورد نیاز برای بررسی و نگهداری تجهیزات هوشمند کمک کند.
جمعبندی
پروتکل HART یکی از فناوریهای مهم ارتباطی در ابزار دقیق است که امکان انتقال اطلاعات دیجیتال را در کنار سیگنال آنالوگ 4-20mA فراهم میکند.
این پروتکل با استفاده از فناوری FSK، ارتباط دوطرفه میان تجهیزات هوشمند و سیستم میزبان را امکانپذیر کرده و اطلاعاتی مانند متغیرهای فرآیندی، وضعیت تجهیز، اطلاعات تشخیصی و پارامترهای پیکربندی را در اختیار کاربر قرار میدهد.
به همین دلیل آشنایی با HART برای مهندسان ابزار دقیق، کنترل، تعمیرات و بهرهبرداری در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی اهمیت زیادی دارد.
سوالات متداول
HART چیست؟
HART یک پروتکل ارتباطی برای تجهیزات هوشمند ابزار دقیق است که امکان انتقال اطلاعات دیجیتال را در کنار سیگنال 4-20mA فراهم میکند.
آیا HART جایگزین 4-20mA است؟
خیر. در سیستم HART، ارتباط دیجیتال میتواند همزمان با سیگنال 4-20mA مورد استفاده قرار گیرد.
HART چگونه اطلاعات دیجیتال را منتقل میکند؟
در HART کلاسیک، اطلاعات دیجیتال با روش FSK و با استفاده از فرکانسهای 1200 و 2200 هرتز روی حلقه 4-20mA منتقل میشوند.
HART چه کاربردی در ترانسمیترها دارد؟
از HART میتوان برای دسترسی به اطلاعات تجهیز، پیکربندی، بررسی وضعیت و عیبیابی ترانسمیترهای سازگار استفاده کرد.
HART Communicator چیست؟
ابزاری برای برقراری ارتباط با تجهیزات HART و دسترسی به اطلاعات و تنظیمات قابل پشتیبانی تجهیز است.