Protokol HART: Arsitektur, Kerja & Aplikasinya

Saat ini di otomasi industri , berbagai jenis perangkat bidang pintar digunakan tetapi memantau setiap perangkat sangat sulit dalam industri oleh otoritas atau insinyur lapangan. Jadi secara umum, jenis pemantauan ini dicapai dengan perangkat pintar, yang memungkinkan transfer data antara perangkat terhubung yang berbeda di dalam dan di luar industri ke sistem pemantauan utama. Jadi, protokol HART diperkenalkan pada tahun 1980 dan dibangun di atas standar Bell 202. Protokol ini telah menjadi standar industri, sehingga digunakan dalam otomasi industri. Jadi, artikel ini membahas gambaran umum tentang protokol HART - bekerja dengan aplikasi.

Apa itu Protokol HART?

Istilah HART dalam protokol HART adalah singkatan dari 'Highway Addressable Remote Transducer' yang merupakan protokol standar terbuka yang digunakan di seluruh dunia untuk mengirim & menerima data digital dengan kabel analog di antara perangkat pintar & sistem kontrol . Protokol ini sangat populer, sehingga lebih dari 30 juta perangkat di seluruh dunia didukung dengan protokol HART. Protokol ini digunakan untuk membangun komunikasi antara sistem host serta perangkat bidang pintar di industri.

Protokol HART mendapatkan popularitas lebih karena kemampuannya untuk mendukung protokol analog berbasis 4-20 mA yang lebih tua, sambil memasukkan keuntungan utama dari instrumentasi pintar digital.
Protokol ini menjelaskan teknologi koneksi fisik dan juga perintah yang digunakan oleh aplikasi yang berbeda. Perintah Hart adalah tiga jenis Universal, Praktik Umum & Spesifik Perangkat.
Perintah tipe universal diimplementasikan melalui semua perangkat HART. Perintah-perintah ini terutama digunakan oleh pengontrol untuk mengidentifikasi perangkat lapangan serta membaca data proses.

Perintah jenis Praktik Umum digunakan untuk menjelaskan fungsi berbeda yang biasanya hanya berlaku untuk perangkat lapangan. Perangkat ini mencakup perintah untuk mengubah jangkauan, memilih unit teknik & menjalankan tes mandiri.

Perintah jenis khusus perangkat tidak sama untuk setiap perangkat. Perintah-perintah ini menjalankan fungsi konfigurasi & modifikasi unik. Jadi, sangat penting untuk dicatat bahwa ketika perangkat dari berbagai produsen menerapkan fungsi serupa secara eksternal. Misalnya, pengukuran tekanan diferensial dapat mencakup perangkat keras yang berbeda sepenuhnya dan juga set perintah khusus perangkat yang berbeda.

Arsitektur Protokol HART

Protokol HART beroperasi dalam dua konfigurasi jaringan seperti point to point dan multi-point yang dibahas di bawah ini.

Konfigurasi Jaringan Titik ke Titik

Dalam konfigurasi jaringan point-to-point, untuk mengomunikasikan variabel proses tunggal, sinyal 4-20 mA tetap digunakan sedangkan variabel proses tambahan, dan parameter desain ditransmisikan secara digital dengan protokol HART. Jadi, sinyal analog 4-20 mA tidak diubah oleh sinyal HART & dapat digunakan secara normal. Sinyal digital komunikasi HART memberikan hak masuk ke variabel sekunder & data lainnya dapat digunakan untuk tujuan pemeliharaan, commissioning, operasi & diagnostik.

Konfigurasi Jaringan Multi Drop

Konfigurasi jaringan ini memungkinkan berbagai perangkat untuk dihubungkan dengan satu pasang kabel. Komunikasi dalam konfigurasi ini sepenuhnya digital karena komunikasi di seluruh arus loop analog dinonaktifkan karena arus di seluruh perangkat ditetapkan pada nilai minimum yang cukup untuk pengoperasian perangkat secara normal 4mA.

Bagaimana Komunikasi HART Bekerja?

Protokol komunikasi HART menggunakan standar Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying) untuk menempatkan sinyal digital yang direpresentasikan dengan dua frekuensi berbeda seperti 1.200 Hz & 2.200 Hz. Di sini, frekuensi 1.200 Hz mewakili bit 1 sedangkan frekuensi 2.200 Hz mewakili bit 0 secara bersamaan.

Ketika gelombang sinus dengan frekuensi ini ditempatkan di atas kabel sinyal analog DC maka transfer data terjadi. Jadi, selama transfer data ini, sinyal 4-20 mA tidak terpengaruh karena nilai standar sinyal penguncian pergeseran frekuensi setara dengan nol. Protokol ini mendukung sekaligus dua saluran komunikasi seperti sinyal analog 4-20 mA & sinyal digital.

Sinyal analog mengkomunikasikan nilai terukur utama dengan loop arus 4-20mA sedangkan data perangkat tambahan dikomunikasikan melalui sinyal digital yang dilapiskan pada sinyal analog.
Sinyal digital mencakup informasi perangkat seperti kondisi perangkat, diagnostik, nilai yang dihitung, dll. Jadi bersama-sama, kedua saluran komunikasi menawarkan solusi komunikasi yang sangat kuat & murah yang sangat mudah digunakan & dikonfigurasi. Protokol ini sering disebut protokol hybrid karena menggabungkan komunikasi analog & digital.

Teknologi HART dibedakan sebagai protokol master/slave karena perangkat slave hanya berfungsi setelah perangkat master terhubung. Di sini, perangkat budak adalah perangkat pintar, dan perangkat master adalah komputer.

Mode Protokol HART

Umumnya, untuk komunikasi dalam Protokol HART, perangkat yang digunakan dalam jaringan adalah PLC atau sistem kontrol terdistribusi yang dipilih sebagai Master sedangkan perangkat lapangan lainnya dianggap sebagai budak seperti sensor atau aktuator. Tetapi di sini komunikasi antara master dan slave terutama bergantung pada mode komunikasi yang mengatur sistem. Jaringan protokol HART berkomunikasi dalam dua mode seperti mode master/slave dan mode burst.

Mode Master/Budak

Mode ini juga dikenal sebagai mode request-response. Dalam jenis mode ini, perangkat slave hanya mengirimkan data setelah permintaan dari perangkat Master dikeluarkan. Untuk setiap loop HART, dua master dapat dihubungkan. Jadi master utama biasanya DCS (sistem kontrol terdistribusi), PC (komputer pribadi), atau PLC (pengontrol logika yang dapat diprogram) sedangkan master sekunder adalah PC lain atau terminal genggam. Perangkat budak adalah aktuator, pengontrol, dan pemancar yang bereaksi terhadap perintah dari perangkat master.

Mode rentetan

Beberapa perangkat yang mendukung protokol HART hanya mendukung mode komunikasi ini. Mode ini memungkinkan komunikasi yang lebih cepat seperti tiga hingga empat pembaruan data untuk setiap detik. Perangkat master dalam mode ini menginstruksikan perangkat budak untuk mengirimkan pesan balasan HART yang khas secara terus menerus. Master mendapat pesan dengan kecepatan tinggi sampai memerintahkan budak untuk berhenti meledak. Mode ini berlaku di mana satu perangkat HART di atas diperlukan untuk berkomunikasi dari HART Loop.

Protokol HART Vs Modbus

Perbedaan antara protokol HART dan Modbus antara lain sebagai berikut.

Keuntungan

Itu keuntungan dari protokol HART termasuk berikut ini.

• Perangkat yang diaktifkan oleh protokol HART hanya memungkinkan pengguna untuk membuat perangkat menggunakan data terbaik untuk mengoptimalkan kemampuan operasional mereka.
• Ini mengurangi waktu henti karena kegagalan peralatan dengan mengenali potensi masalah sebelum terjadi.
• Ini mengurangi biaya persediaan dan pemeliharaan perangkat.
• Ini mengurangi waktu tunggu untuk pengenalan masalah & resolusi masalah.
• Ini meningkatkan tingkat integritas keselamatan dengan menggunakan diagnostik tingkat lanjut.
• Manfaat memilih protokol HART terutama meliputi; kemampuan digital, kemampuan analog, ketersediaan & interoperabilitas.
• Protokol ini juga dapat digunakan dengan perangkat dan sensor yang berbeda.
• Perangkat berbasis protokol HART diterima secara luas di industri.
• Protokol ini meningkatkan ketersediaan sistem, keteraturan kemajuan, dll.

Kekurangan

Itu kerugian dari protokol HART termasuk berikut ini.

• Sinyal digital dalam transmisi HART cukup lambat.
• Untuk pengaturan multi-drop, sinyal analog tidak dapat diakses & no. perangkat yang dapat membagi saluran transmisi dibatasi.
• Itu dapat memantau satu variabel proses hanya setiap saat.
• Jenis protokol ini agak lambat dibandingkan dengan sistem Fieldbus lainnya seperti Profibus & Foundation Fieldbus. Jadi waktu respons yang lambat ini menyebabkan beberapa kesulitan dalam beberapa aplikasi berbasis industri.
• Secara umum, kecepatan protokol HART cukup untuk sistem pemantauan sederhana di mana pun variabel proses tidak berubah dengan cepat.

Aplikasi

Itu aplikasi protokol HART termasuk berikut ini.

• Protokol HART digunakan di seluruh dunia untuk mengirim & menerima data digital dengan kabel analog di antara perangkat pintar & sistem kontrol.
• Ini adalah protokol yang sangat populer digunakan dalam otomasi industri.
• Protokol ini terutama untuk menganalisis perangkat pintar.
• Ini secara luas digunakan dalam proses & sistem instrumentasi.
• Jenis protokol komunikasi ini ideal untuk instrumen multivariabel yang mencakup pengukur aliran massa di mana aliran volumetrik, aliran massa, densitas, dan suhu dapat dikomunikasikan ke sistem kontrol melalui satu kabel.
• Protokol ini terutama dirancang untuk digunakan dalam kontrol proses industri dan aplikasi pengukuran.
• Protokol HART terutama digunakan dalam industri proses untuk komunikasi antara perangkat yang berbeda.

Jadi, ini adalah pengoperasian protokol HART . Protokol ini adalah standar global yang digunakan untuk mengirim & menerima data digital melalui kabel analog di antara perangkat smart field serta sistem pemantauan atau kontrol seperti sistem DCS & PLC. Protokol komunikasi dua arah ini hanya memberikan hak masuk ke data tambahan antara lapangan & pengontrol host mulai dari perangkat genggam hingga sistem manajemen aset atau pengontrol pabrik. Inilah pertanyaannya: Apa bentuk lengkap dari protokol HART?