راهنمای کاربردی ارتباط HART

این مقاله آموزشی جهت آشنایی  دانشجویان  آموزش مجازی در رابطه ارتباط HART  با گردیده است، امیدوار است کلاس های مجازی، آموزش های از راه دور، مقالات آموزشی، کتاب های معرفی شده و کلیه ی فعالیت های خدماتی ما برای شما عزیزان مفید واقع گردد.

دستگاههای HART  می توانند در يکی از دو پيکره‌بندی شبکه يعنی نقطه به نقطه يا چند افتی کار کنند.
راهنمای کاربردی ارتباط HART : شبکه‌های HART

پيکره‌بندی نقطه به نقطه
در روش نقطه به نقطه، سيگنال 4 تا 20 ميلي‌آمپر براي ارتباط يک متغير فرآيند (PV) مورد استفاده قرار مي‌گيرد، در حالي که متغيرهاي فرآيندي اضافه‌تر، پارامترهاي پيکره‌بندي و ديگر داده‌هاي دستگاه بصورت ديجيتالي با استفاده از پروتکل HART   منتقل مي‌شوند (شکل زير)


    پيکره‌بندي چندافتي يا Multidrop
روش Multidrop ، فقط به يک زوج سيم و در صورت نياز مسدود کننده‌هاي ايمني و يک منبع تغذيه کمکي براي پوشش تا 15 دستگاه نصب شده در سايت (در نسخه 5  HART ) يا تا 62 دستگاه (در نسخه 7 HART ) احتياج دارد (شکل زير)

در اين روش تمامي مقادير فرآيندي بصورت ديجيتالي منتقل مي‌شوند و آدرس تمامي دستگاههاي نصب شده در سايت بايد انحصاري و يگانه و در گستره 1 تا 63 (بسته به نسخه پروتکل HART مورد استفاده) باشد و جريان عبوري از هر يک از وسايل روي يک مقدار حداقل (معمولاً 4 ميلي‌آمپر) تثبيت مي‌شود.
استفاده از روش اتصال  Multidrop براي کنترل‌هاي نظارتي بر روي دستگاههاي نصب شده بر روي خطوط لوله يا ايستگاههاي انتقال که دستگاهها  در فواصل زياد ازهم نصب مي‌شوند مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
کنترل  از طريق تقسيم گستره
در کنترل تقسيم گستره ، يک حلقه کنترلي تکي  به دو يا چند جزء کنترل نهايي مستقل  مثل شيرهاي کنترلي تقسيم  و شيرها  در جهت‌هاي مختلف يا در پله‌هاي مختلف فرمان ميگيرند.
روشهاي بسياري براي جاري‌سازي کنترل تقسيم گستره وجود دارد مثل :
    روشهاي نرم‌افزاري
    کاليبراسيون شير يا متصل کردن دو يا چند پوزيشنر به يک سيگنال کنترلي (معمولاً 4 تا 20 ميلي‌آمپر) ولي در گستره‌هاي مختلف (مثلاً يکي از 4 تا 12 ميلي‌آمپر و ديگري از 12 تا 20 ميلي‌آمپر)
بکارگيري پوزيشنر والوهاي هوشمند با قابليت HART ، آسانترين روش براي جاري سازي حلقه کنترل  تقسيم گستره است، زيرا با استفاده از پايانه هاي دستي و ابزارهاي نرم افزاري پيکره بندي ، براحتي ميتوان تقسيم سيگنال کنترلي بين آنها را انجام داد.
با پروتکل ارتباطي HART ، گستره‌کاري براي هر يک از پوزيشنر والو هاي  هوشمند و همچنين عمل کنترل را مي‌توان با دقت بالائي تنظيم کرد، بطور مثال عمل کنترلي (ATO) Air to Open) يا ATC) Air to Close براي  شيرها که اولين فرمان شير را باز و دومين فرمان شير را مي‌بندد و ميزان باز شدن يا بسته شدن شير به مقدار سيگنال کنترلي بستگي دارد.
بطور نوعي يک حلقه کنترلي انشعابي با دوتا شير بايستي بصورت زير پيکره‌بندي شود:
    پوزيشنر والو هوشمند شماره 1
–       عمل : ATO -Air to Open
–       گستره جريان ورودي : 4 تا 12 ميلي آمپر
    پوزيشنر والو هوشمند شماره 2
–       عمل : ATC -Air to Close
–       گستره جريان ورودي : 12 تا 20 ميلي آمپر
با پارامترهای فوق وضعیت عملکرد این شیرها بشرح جدول زیر است:

با پارامترهاي فوق در روش کنترل تقسیم گستره ، زمانیکه بیش از یک پوزیشنر در یک حلقه کنترلی نصب شده باشد (مثلاً دو يا چند پوزيشنر بصورت سري با هم قرار بگيرند)، آدرس هر يک از اين وسايل بايستي مقداري غير صفر (مثلاً 1 ، 2 ، 3) داشته باشد تا ارباب سيستم بتواند آنها در يک حلقه از هم متمايز و شناسائي کند. آدرس ‌دهي با مقدار 0 (صفر)  ممکن است باعث شود ارباب يا اربابهاي سيستم ، دست از جستجو براي شناسائي ساير وسايل و پوزيشنر‌ها بکشند.
کنترل توسط وسائل نصب شده در سايت
بکارگيري دستگاههاي اندازه‌گيري، حسگرها و مبدلهاي هوشمند در سايت که براساس ريزپردازنده‌ها طراحي وساخته مي‌شوند، امکان محاسبه الگوريتهاي کنترلي در محل نصب آنها يعني در سايت و نزديک فرآيند را مهيا مي‌سازند. (شکل زير)

ترانسميتر همراه با کنترل PID
برخي ترانسميترها و عملگرهاي HART وظايف کنترلي را نيز پشتيباني مي‌کنند و نيازي به کنترلر جداگانه ندارند و در نتيجه هزينه‌هاي سخت‌افزاري، نصب و راه‌اندازي را کاهش مي‌دهند و در حين حال امکان کنترل حلقه بسته در محلهايي که اجراي آنها قبل ااقتصادي نبود را مهيا مي‌سازند.
در حالي که الگوريتم کنترل از سيگنال آنالوگ استفاده مي‌کند، پايش (مونيتوريتگ) حلقه و تغيير نقطه‌کاري
و پارامترهاي ديگر حلقه کنترلي ،  بعهده ارتباط ديجيتالي HART است.
قرار گرفتن عمليات کنترل در محل سايت باعث تقويت وظيفه کنترل و افزايش درستي اندازه‌گيري مي‌شود ، زيرا نيازي به انتقال داده‌ها به يک کنترلر جداگانه نيست و پردازش داده‌هاي حسگر و کنترل با سرعت بالاتري مي‌تواند انجام شود که به معني عملکرد ديناميکي بالاتري است.
نصب دستگاههاي HART با امکان کنترل (کنترلرهاي HART) در سايت، امکان استفاده از مزيت عمده پروتکل HART يعني بکارگيري همزمان سيگنال‌هاي آنالوگ و ديجيتال را از طريق تبديل خروجي  سنتي ترانسميتر که سيگنالي آنالوگ است به يک خروجي کنترلي را مهيا مي‌سازد.سيگنال آنالوگ ترانسميتر هوشمند (کنترلر) براي کنترل و تحت نفوذ قراردادن يک دستگاه نصب شده در سايت استفاده مي‌شود. اين سيگنال خروجي آنالوگ ،‌ سيگنال ديجيتالي HART را که براي نمايش و پايش فراگير اندازه‌گيري، تغيير در نقاط کاري و تنظيم کنترلر است ، با خود حمل مي‌کند .
سرعت ارتباطي پروتکل HART براي پشتيباني از کنترل بصورت حلقه بسته در ميزبان  مرکزي بسيار کند است (2 تا 3 به روز رساني در ثانيه). وقتي عمل کنترل در خود سايت انجام گيرد، ديگر وظيفه کنترل بستگي زيادي به سرعت ارتباطي پروتکل HART نخواهد داشت. بجاي آن، سيگنال کنترل يک سيگنال آنالوگ خروجي است که سرعتي بالاتر از آنچه در سيستم کنترل معمولي پردازش مي‌شود، بروزرساني مي‌گردد. سرعت پردازش بسته به محصول HART  از 2 تا 20 بروزرساني در ثانيه متغير است.سرعت ارتباط ديجيتالي HART براي وظيفه پايش و نمايش متغير کنترلي و تغيير مقادير نقاط کاري نيز به حد کافي است.