Protocole HART : architecture, fonctionnement et ses applications

A l'heure actuelle en l'automatisation industrielle , différents types d'appareils de terrain intelligents sont utilisés, mais la surveillance de chaque appareil est très difficile au sein de l'industrie par les autorités ou les ingénieurs de terrain. Donc, généralement, ce type de surveillance est réalisé avec des appareils intelligents, qui permettent le transfert de données entre différents appareils connectés à l'intérieur et à l'extérieur de l'industrie vers le système de surveillance principal. Ainsi, le protocole HART a été introduit en 1980 et s'appuie sur les normes Bell 202. Ce protocole est devenu un standard de l'industrie, donc utilisé dans l'automatisation industrielle. Ainsi, cet article traite d'un aperçu de la Protocole HART – travailler avec des applications.

Qu'est-ce que le protocole HART ?

Le terme HART dans le protocole HART signifie 'Highway Addressable Remote Transducer' qui est un protocole standard ouvert utilisé dans le monde entier pour transmettre et recevoir des données numériques avec un câblage analogique entre les appareils intelligents et systèmes de contrôle . Ce protocole est très populaire, donc plus de 30 millions d'appareils à travers le monde sont alimentés avec le protocole HART. Ce protocole est utilisé pour établir la communication entre les systèmes hôtes ainsi que les appareils de terrain intelligents dans les industries.

Le protocole HART a gagné en popularité en raison de sa capacité à prendre en charge l'ancien protocole analogique basé sur 4-20 mA, tout en incluant les principaux avantages de l'instrumentation numérique intelligente.
Ce protocole décrit la technologie de connexion physique ainsi que les commandes utilisées par différentes applications. Les commandes Hart sont de trois types Universal, Common Practice et Device Specific.
Les commandes de type universel sont implémentées dans tous les appareils HART. Ces commandes sont principalement utilisées par un contrôleur pour identifier un appareil de terrain ainsi que pour lire des données de processus.

Les commandes de type Pratique courante sont utilisées pour décrire différentes fonctions normalement applicables aux appareils de terrain uniquement. Ces appareils incluent des commandes pour modifier la plage, choisir les unités d'ingénierie et exécuter des autotests.

Les commandes de type spécifiques à l'appareil ne sont pas les mêmes pour chaque appareil. Ces commandes exécutent des fonctions de configuration et de modification uniques. Il est donc très important de noter que lorsque des appareils de différents fabricants implémentent des fonctionnalités similaires en externe. Par exemple, la mesure de la pression différentielle peut inclure un matériel complètement différent et également différents ensembles de commandes spécifiques à l'appareil.

Architecture du protocole HART

Le protocole HART fonctionne dans deux configurations de réseau, comme point à point et multipoint, qui sont décrites ci-dessous.

Configuration du réseau point à point

Dans la configuration de réseau point à point, pour communiquer une seule variable de procédé, le signal fixe 4–20 mA est utilisé tandis que des variables de procédé supplémentaires et des paramètres de conception sont transmis numériquement avec le protocole HART. Ainsi, le signal analogique 4–20 mA n'est pas modifié par le signal HART et peut être utilisé de manière normale. Le signal numérique de communication HART fournit le droit d'entrée aux variables secondaires et d'autres données peuvent être utilisées à des fins de maintenance, de mise en service, d'exploitation et de diagnostic.

Configuration réseau multipoint

Cette configuration réseau permet de connecter différents appareils avec une seule paire de fils. La communication dans cette configuration est entièrement numérique puisque la communication à travers le courant de boucle analogique est désactivée car le courant à travers chaque appareil est fixé à une valeur minimale suffisante pour le fonctionnement de l'appareil normalement 4mA.

Comment fonctionne la communication HART ?

Le protocole de communication HART utilise la norme Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) pour superposer des signaux numériques qui sont représentés avec deux fréquences différentes comme 1 200 Hz et 2 200 Hz. Ici, la fréquence de 1 200 Hz représente le bit 1 tandis que la fréquence de 2 200 Hz représente le bit 0 en conséquence.

Lorsque des ondes sinusoïdales avec ces fréquences se placent sur les câbles de signal analogique CC, le transfert de données se produit. Ainsi, lors de ce transfert de données, le signal 4-20 mA n'est pas affecté du fait de la valeur standard d'un signal de modulation par déplacement de fréquence équivalent à zéro. Ce protocole prend en charge à la fois deux canaux de communication comme le signal analogique 4-20 mA et les signaux numériques.

Le signal analogique communique la valeur mesurée principale avec la boucle de courant 4-20 mA, tandis que les données supplémentaires de l'appareil sont communiquées via un signal numérique superposé au signal analogique.
Le signal numérique comprend les informations de l'appareil telles que l'état de l'appareil, les diagnostics, les valeurs calculées, etc. Ainsi, conjointement, les deux canaux de communication offrent une solution de communication très robuste et peu coûteuse qui est très simple à utiliser et à configurer. Ce protocole est souvent appelé protocole hybride car il combine à la fois la communication analogique et numérique.

La technologie HART se différencie en tant que protocole maître/esclave car l'appareil esclave ne fonctionne qu'une fois qu'un appareil maître lui est connecté. Ici, l'appareil esclave est un appareil intelligent et l'appareil maître est un ordinateur.

Modes du protocole HART

Généralement, pour la communication au sein du protocole HART, l'appareil utilisé dans le réseau est un automate ou un système de contrôle distribué qui est choisi comme maître tandis que d'autres appareils de terrain sont considérés comme des esclaves comme des capteurs ou des actionneurs. Mais ici la communication entre maître et esclave dépend principalement du mode de communication sur lequel le système est agencé. Le réseau de protocole HART communique en deux modes comme le mode maître/esclave et le mode rafale.

Mode maître/esclave

Ce mode est également connu sous le nom de mode requête-réponse. Dans ce type de mode, les appareils esclaves transmettent simplement les données une fois qu'une demande de l'appareil maître est émise. Pour chaque boucle HART, deux maîtres peuvent être connectés. Ainsi, le maître principal est normalement un DCS (système de contrôle distribué), un PC (ordinateur personnel) ou un PLC (automate programmable industriel) tandis que le maître secondaire est un autre PC ou un terminal portable. Les appareils esclaves sont des actionneurs, des contrôleurs et des émetteurs qui réagissent aux commandes des appareils maîtres.

Mode rafale

Certains appareils compatibles avec le protocole HART prennent simplement en charge ce mode de communication. Ce mode permet une communication plus rapide comme trois à quatre mises à jour de données par seconde. L'appareil maître dans ce mode ordonne à l'appareil esclave de transmettre en continu un message de réponse HART typique. Le maître reçoit le message à grande vitesse jusqu'à ce qu'il ordonne à l'esclave d'arrêter l'éclatement. Ce mode est applicable lorsque le dispositif HART ci-dessus est nécessaire pour communiquer à partir de la boucle HART.

Protocole HART contre Modbus

La différence entre le protocole HART et Modbus comprend les éléments suivants.

Avantages

La avantages du protocole HART inclure les éléments suivants.

• Les appareils activés par le protocole HART permettent simplement aux utilisateurs de faire en sorte que l'appareil utilise les données les plus fines pour optimiser leurs capacités opérationnelles.
• Il réduit les temps d'arrêt dus à la défaillance de l'équipement en reconnaissant les problèmes potentiels avant qu'ils ne surviennent.
• Il réduit les coûts d'inventaire et de maintenance des appareils.
• Il réduit les temps d'attente pour la reconnaissance et la résolution des problèmes.
• Il améliore les niveaux d'intégrité de la sécurité en utilisant des diagnostics avancés.
• Les avantages du choix du protocole HART incluent principalement ; capacité numérique, capacité analogique, disponibilité et interopérabilité.
• Ce protocole peut également être utilisé avec différents appareils et capteurs.
• Les appareils basés sur le protocole HART sont largement acceptés dans les industries.
• Ce protocole augmente la disponibilité du système, la régularité des progrès, etc.

Désavantages

La inconvénients du protocole HART inclure les éléments suivants.

• Le signal numérique dans la transmission HART est assez lent.
• Pour un arrangement multipoint, le signal analogique n'est pas accessible et le non. d'appareils pouvant diviser la ligne de transmission est limité.
• Il peut surveiller une seule variable de processus à tout moment.
• Ce type de protocole est quelque peu lent par rapport à d'autres systèmes Fieldbus tels que Profibus et Foundation Fieldbus. Ce temps de réponse lent entraîne donc certaines difficultés dans certaines applications industrielles.
• Généralement, la vitesse du protocole HART est suffisante pour les systèmes de surveillance simples où les variables de processus ne varient pas rapidement.

Applications

La applications du protocole HART inclure les éléments suivants.

• Le protocole HART est utilisé dans le monde entier pour transmettre et recevoir des données numériques avec un câblage analogique entre les appareils intelligents et les systèmes de contrôle.
• Il s'agit d'un protocole très populaire utilisé dans l'automatisation industrielle.
• Ce protocole est principalement destiné à l'analyse des appareils intelligents.
• Ceci est largement utilisé dans les systèmes de processus et d'instrumentation.
• Ce type de protocole de communication est idéal pour les instruments multivariables qui incluent des débitmètres massiques partout où le débit volumétrique, le débit massique, la densité et la température peuvent être communiqués au système de contrôle via un seul câble.
• Ce protocole est principalement conçu pour être utilisé dans les applications de contrôle et de mesure de processus industriels.
• Le protocole HART est principalement utilisé dans les industries de transformation pour la communication entre différents appareils.

Ainsi, il s'agit d'un fonctionnement du protocole HART . Ce protocole est la norme mondiale utilisée pour transmettre et recevoir des données numériques sur des câbles analogiques entre des appareils de terrain intelligents ainsi que des systèmes de surveillance ou de contrôle tels que des systèmes DCS et PLC. Ce protocole de communication bidirectionnel fournit simplement le droit d'accès à des données supplémentaires entre le terrain et le contrôleur hôte, allant d'un appareil portable à un système de gestion des actifs ou à un contrôleur d'usine. Voici une question : Quelle est la forme complète du protocole HART ?