پروتکل HART

پروتکل HART (مخفف Highway Addressable Remote Transducer) یک پروتکل ارتباطی باز اتوماسیون صنعتی آنالوگ و دیجیتال است. برجسته ترین مزیت آن این است که می تواند نسبت به اندازه گیری جریان آنالوگ قدیمی 4-20 میلی آمپر، با تقسیم جفت سیم های استفاده شده توسط سیستم های میزبان آنالوگ ارتباط برقرار کند. پروتکل HART به طور گسترده ای در سیستم های فرایند و ابزار دقیق از برنامه های کوچک اتوماسیون تا برنامه های صنعتی بسیار پیچیده استفاده می شود.

به دلیل سیستم های زیاد 4-20 میلی آمپر نصب شده در سراسر جهان، پروتکل HART یکی از محبوب ترین پروتکل های صنعتی امروزی است. پروتکل HART برای کاربرانی که مایل به استفاده از سیگنال های قدیمی 4-20 میلی آمپر بودند، اما می خواستند یک پروتکل "هوشمند" را اجرا کنند، یک پروتکل انتقال خوب ایجاد کرده است.
پروتکل HART توسط شرکت Rosemount توسعه یافته است. در اواسط دهه 1980 از استاندارد ارتباطات اولیه Bell 202 به عنوان یک پروتکل ارتباطی دیجیتال اختصاصی برای ابزارهای هوشمند آن ها ساخته شده و خیلی زود به HART تبدیل شد و در سال 1986 به یک پروتکل باز تبدیل گردید. از آن زمان به بعد، تجدید نظرهای پی در پی در مشخصات و قابلیت های پروتکل اعمال گردیده است.

ویژگی‌های پروتکل HART

پروتکل هارت به دلیل سادگی در اجرا و عدم نیاز به سیم کشی خاص، بسیار پر کاربرد و مقرون به صرفه می باشد. از ویژگی های آن:

• انتقال اطلاعات با سیستم های اتوماسیون قدیمی و مدرن از طریق سیگنال استاندارد صنعتی آنالوگ ۲۰-۴ میلی آمپر.
• افزایش در دسترس بودن طرح ها و نقشه های اجرایی
• کاهش هزینه های نصب
• کاهش هزینه های تعمیر و نگه داری
• سادگی در اجرا (از سیم کشی های قدیمی نیز می توان استفاده نمود).
• قادر هست سیگنال آنالوگ و دیجیتال را بصورت همزمان منتقل کند.
• ارتباطات دیجیتال HART از مدل درخواست/پاسخ برای ارتباط استفاده می‌کنند.

لایه ها در پروتکل HART

مکانیزم عملکرد این پروتکل به این صورت است که علاوه بر اینکه اطلاعات فیلد (دما، فشار، وزن، فلو، لرزش، سرعت، رطوبت، فاصله و...) از طریق یک زوج سیم با ولتاژ DC و جریان آنالوگ 4-20 میلی آمپر منتقل می گردد، یک سیگنال دیجیتال با دامنه 0.5 میلی آمپر و در فرکانس 1200 (یک دیجیتال) و 2200 هرتز (صفر دیجیتال) روی سیگنال آنالوگ سوار می شود. این سیگنال دیجیتال اطلاعات ثانویه شامل مشخصات فنی تجهیزات، کالیبراسیون، پیکربندی، خطا های احتمالی و... را انتقال می دهد. ایجاد این مسیر ارتباطی بین اجزای فیلد با یکدیگر و با سیستم کنترل، باعث می شود پایداری (Stability) به میزان قابل توجهی بالا رفته و نیاز کمتری به دخالت کاربر باشد.

انتقال در پروتکل HART

دو حالت اصلی ارتباطی شبکه برای پروتکل HART وجود دارد:

• point-to-point mode : در حالت point-to-point سیگنال های دیجیتال در جریان 4-20 میلی آمپر پوشانده شده اند. شدت جریان 4-20 میلی آمپر و سیگنال دیجیتال هردو پروتکل سیگنال معتبر میان کنترل کننده و ابزار اندازه گیری یا ابزار کنترل نهایی هستند. در این مد آدرس دستگاه عدد 0 می باشد.
• multi-drop mode : در حالت multi-drop، جریان آنالوگ در 4 میلی آمپر ثابت می شود و وجود بیش از یک دستگاه در یک حلقه سیگنال امکان پذیر است. ویرایش 3 آدرس دستگاه ها را در محدوده 1-15 قرار می دهد (بدین معنی که تا حداکثر 15 دستگاه می توانند متصل باشند). در نسخه 6 آدرس های مجاز 1 تا 63 می باشند و در نسخه 7 آدرس های 0 تا 63 مجاز می باشند. هر دستگاه باید یک آدرس منحصر به فرد داشته باشد.

دو مد ارتباطی بین تجهیزات در پروتکل HART وجود دارد:

• مد Master/Slave : تجهیزات (Slave) مبتنی بر HART هیچگونه اطلاعاتی ارسال نمی‌کنند، مگر اینکه درخواستی از سمت کنترل مرکزی (Master) به آن دستگاه ارسال شده باشد و به آن پاسخ دهد. در هر سیستم HART می توان دو دستگاه Master داشت.
• مد Burst : این مد از سرعت بیشتری برخوردار است چراکه با ارسال دستوری از طرف دستگاه Master، تجهیز Slave بصورت خودکار شروع به ارسال سیگنال مشخصی به دستگاه Master می نماید (به عنوان مثال عدد درجه حرارت محیط).

کاربرد پروتکل HART

پروتکل HART در صنعت بسیار پر کاربرد می باشد و جهت ساخت سیستم های اتوماسیون صنعتی بکار می رود.

امنیت پروتکل HART

ویژگی های امنیتی مرتبط با حریم خصوصی جهت جلوگیری از شنود دستگاه های غیرمجاز در داخل یا خارج از شبکه می باشد. در شبکه های بیسیم حالت کدگذاری الگوریتم AES-128 بر روی بیت ها بصورت end-to-end امنیت را فراهم می کند.
شبکه بی سیم برای محافظت در برابر حملات به ابزارهایی نیاز دارد. این حملات می تواند با درج دستگاه های Trojan، برای دریافت داده های حساس از دستگاه های دیگر در HART و یا ایجاد اختلال در شبکه برای از کار انداختن آن، از خارج یا داخل شرکت توسط افراد خارجی و یا کارمندان آن باشد.

کتاب آموزش پروتکل HART

یکی از کتاب های خوب در این زمینه، کتاب HART Communication Protocol: A Practical Guide نوشته آقای James Powell می باشد.

لینک سایر صفحات این مطلب

• انواع پروتکل ها
• پروتکل DLMS/COSEM
• پروتکل DNP3
• پروتکل Modbus
• پروتکل Mbus
• پروتکل HART
• پروتکل IEC 60870-5-101
  
• پروتکل IEC 60870-5-104
  
• پروتکل IEC 62056-21
  

انتشار و کپی از این مطلب تنها با ذکر منبع مجاز می باشد