हार्ट प्रोटोकॉल: आर्किटेक्चर, वर्किंग एंड इट्स एप्लीकेशन्स

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वर्तमान में औद्योगिक स्वचालन , विभिन्न प्रकार के स्मार्ट फील्ड उपकरणों का उपयोग किया जाता है लेकिन उद्योग के भीतर अधिकारियों या फील्ड इंजीनियरों द्वारा प्रत्येक डिवाइस की निगरानी करना बहुत मुश्किल है। तो आम तौर पर, इस तरह की निगरानी स्मार्ट उपकरणों के साथ हासिल की जाती है, जो उद्योग के अंदर और बाहर विभिन्न कनेक्टेड डिवाइसों के बीच प्रमुख निगरानी प्रणाली में डेटा ट्रांसफर की अनुमति देती है। इसलिए, HART प्रोटोकॉल को 1980 में पेश किया गया था और यह बेल 202 मानकों पर आधारित है। यह प्रोटोकॉल एक उद्योग मानक बन गया है, इसलिए इसका उपयोग औद्योगिक स्वचालन में किया जाता है। तो, यह लेख के एक सिंहावलोकन पर चर्चा करता है हार्ट प्रोटोकॉल - अनुप्रयोगों के साथ काम करना।


हार्ट प्रोटोकॉल क्या है?

HART प्रोटोकॉल में HART शब्द का अर्थ 'हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर' है, जो दुनिया भर में स्मार्ट उपकरणों और के बीच एनालॉग वायरिंग के साथ डिजिटल डेटा संचारित और प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक खुला मानक प्रोटोकॉल है। नियंत्रण प्रणाली . यह प्रोटोकॉल बहुत लोकप्रिय है, इसलिए दुनिया भर में 30 मिलियन से अधिक डिवाइस HART प्रोटोकॉल से संचालित होते हैं। इस प्रोटोकॉल का उपयोग उद्योगों में मेजबान सिस्टम के साथ-साथ स्मार्ट फील्ड उपकरणों के बीच संचार स्थापित करने के लिए किया जाता है।



डिजिटल स्मार्ट इंस्ट्रूमेंटेशन के प्रमुख लाभों सहित, पुराने 4-20 एमए आधारित एनालॉग प्रोटोकॉल का समर्थन करने की क्षमता के कारण एचएआरटी प्रोटोकॉल ने अधिक लोकप्रियता प्राप्त की।
यह प्रोटोकॉल भौतिक कनेक्शन तकनीक का वर्णन करता है और विभिन्न अनुप्रयोगों द्वारा उपयोग किए जाने वाले आदेशों का भी वर्णन करता है। हार्ट कमांड तीन प्रकार के होते हैं यूनिवर्सल, कॉमन प्रैक्टिस और डिवाइस स्पेसिफिक।
यूनिवर्सल-टाइप कमांड सभी एचएआरटी उपकरणों के माध्यम से कार्यान्वित किए जाते हैं। इन आदेशों का उपयोग मुख्य रूप से एक नियंत्रक द्वारा फ़ील्ड डिवाइस की पहचान करने के साथ-साथ प्रक्रिया डेटा पढ़ने के लिए किया जाता है।

सामान्य अभ्यास प्रकार कमांड का उपयोग विभिन्न कार्यों का वर्णन करने के लिए किया जाता है जो सामान्य रूप से केवल फ़ील्ड डिवाइस पर लागू होते हैं। इन उपकरणों में रेंज बदलने, इंजीनियरिंग इकाइयों को चुनने और स्व-परीक्षण करने के लिए कमांड शामिल हैं।



डिवाइस-विशिष्ट प्रकार के आदेश प्रत्येक डिवाइस के लिए समान नहीं होते हैं। ये कमांड अद्वितीय कॉन्फ़िगरेशन और संशोधन कार्य निष्पादित करते हैं। इसलिए, यह ध्यान रखना बहुत महत्वपूर्ण है कि जब विभिन्न निर्माताओं के उपकरण समान कार्यक्षमता को बाहरी रूप से लागू करते हैं। उदाहरण के लिए, अंतर दबाव माप में अलग-अलग हार्डवेयर पूरी तरह से और अलग-अलग डिवाइस-विशिष्ट कमांड सेट शामिल हो सकते हैं।

हार्ट प्रोटोकॉल आर्किटेक्चर

HART प्रोटोकॉल दो नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन जैसे पॉइंट टू पॉइंट और मल्टी-पॉइंट में संचालित होता है जिसकी चर्चा नीचे की गई है।

पॉइंट टू पॉइंट नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन

पॉइंट-टू-पॉइंट नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन में, एकल प्रक्रिया चर को संप्रेषित करने के लिए, निश्चित 4–20 mA सिग्नल का उपयोग किया जाता है, जबकि अतिरिक्त प्रक्रिया चर, और डिज़ाइन पैरामीटर HART प्रोटोकॉल के साथ डिजिटल रूप से प्रेषित होते हैं। तो, 4-20 mA एनालॉग सिग्नल को HART सिग्नल द्वारा नहीं बदला जाता है और इसे सामान्य तरीके से उपयोग किया जा सकता है। एचएआरटी संचार डिजिटल सिग्नल माध्यमिक चर में प्रवेश का अधिकार प्रदान करता है और अन्य डेटा का उपयोग रखरखाव, कमीशनिंग, संचालन और नैदानिक ​​उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।

  पॉइंट टू पॉइंट नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन
पॉइंट टू पॉइंट नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन

मल्टी ड्रॉप नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन

यह नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन विभिन्न उपकरणों को तारों की एक जोड़ी से जोड़ने की अनुमति देता है। इस कॉन्फ़िगरेशन के भीतर संचार पूरी तरह से डिजिटल है क्योंकि पूरे एनालॉग लूप करंट में संचार अक्षम है क्योंकि प्रत्येक डिवाइस में करंट सामान्य रूप से 4mA डिवाइस के संचालन के लिए न्यूनतम पर्याप्त मूल्य पर तय होता है।

  मल्टी ड्रॉप नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन
मल्टी ड्रॉप नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन

हार्ट कम्युनिकेशन कैसे काम करता है?

एचएआरटी संचार प्रोटोकॉल डिजिटल सिग्नलों को सुपरइम्पोज़ करने के लिए बेल 202 एफएसके (फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट कीइंग) मानक का उपयोग करता है, जो 1,200 हर्ट्ज और 2,200 हर्ट्ज जैसी दो अलग-अलग आवृत्तियों के साथ प्रदर्शित होते हैं। यहाँ, 1,200 हर्ट्ज आवृत्ति बिट 1 का प्रतिनिधित्व करती है जबकि 2,200 हर्ट्ज आवृत्ति संगत रूप से बिट 0 का प्रतिनिधित्व करती है।

  हार्ट प्रोटोकॉल वर्किंग
हार्ट प्रोटोकॉल वर्किंग

जब इन आवृत्तियों के साथ साइन तरंगें डीसी एनालॉग सिग्नल केबल्स पर होती हैं तो डेटा ट्रांसफर होता है। इसलिए, डेटा के इस हस्तांतरण के दौरान, फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट कुंजीयन सिग्नल समकक्ष के शून्य के मानक मान के कारण 4-20 mA सिग्नल प्रभावित नहीं होता है। यह प्रोटोकॉल एक समय में दो संचार चैनलों जैसे 4-20 एमए एनालॉग सिग्नल और डिजिटल सिग्नल का समर्थन करता है।

एनालॉग सिग्नल 4-20mA करंट लूप के साथ प्राथमिक मापा मान का संचार करता है जबकि अतिरिक्त डिवाइस डेटा को एक डिजिटल सिग्नल के माध्यम से संचार किया जाता है जो एनालॉग सिग्नल पर मढ़ा जाता है।
डिजिटल सिग्नल में डिवाइस की स्थिति, डायग्नोस्टिक्स, परिकलित मान आदि जैसी डिवाइस की जानकारी शामिल होती है। इसलिए संयुक्त रूप से, दो संचार चैनल एक बहुत ही मजबूत और कम लागत वाला संचार समाधान प्रदान करते हैं जो उपयोग और कॉन्फ़िगर करने के लिए बहुत सरल है। इस प्रोटोकॉल को अक्सर हाइब्रिड प्रोटोकॉल कहा जाता है क्योंकि यह एनालॉग और डिजिटल संचार दोनों को जोड़ता है।

HART तकनीक को मास्टर/स्लेव प्रोटोकॉल के रूप में विभेदित किया जाता है क्योंकि स्लेव डिवाइस केवल तभी काम करता है जब कोई मास्टर डिवाइस इससे जुड़ा हो। यहां, स्लेव डिवाइस एक स्मार्ट डिवाइस है, और मास्टर डिवाइस एक कंप्यूटर है।

हार्ट प्रोटोकॉल के तरीके

आम तौर पर, एचएआरटी प्रोटोकॉल के भीतर संचार के लिए, नेटवर्क के भीतर उपयोग किया जाने वाला उपकरण पीएलसी या वितरित नियंत्रण प्रणाली है जिसे मास्टर के रूप में चुना जाता है जबकि अन्य क्षेत्र उपकरणों को सेंसर या एक्ट्यूएटर जैसे दास के रूप में माना जाता है। लेकिन यहां स्वामी और दास के बीच संचार मुख्य रूप से संचार के उस तरीके पर निर्भर करता है जिससे सिस्टम की व्यवस्था की जाती है। HART प्रोटोकॉल नेटवर्क मास्टर/स्लेव मोड और बर्स्ट मोड जैसे दो मोड में संचार करता है।

मास्टर/गुलाम मोड

इस मोड को अनुरोध-प्रतिक्रिया मोड के रूप में भी जाना जाता है। इस प्रकार के मोड में, मास्टर डिवाइस से अनुरोध जारी होने के बाद दास डिवाइस केवल डेटा संचारित करते हैं। प्रत्येक HART लूप के लिए, दो मास्टर्स को जोड़ा जा सकता है। तो प्राथमिक मास्टर आम तौर पर एक डीसीएस (वितरित नियंत्रण प्रणाली), पीसी (पर्सनल कंप्यूटर), या पीएलसी (प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर) होता है जबकि सेकेंडरी मास्टर एक और पीसी या हैंडहेल्ड टर्मिनल होता है। स्लेव डिवाइस एक्चुएटर, कंट्रोलर और ट्रांसमीटर हैं जो मास्टर डिवाइस से कमांड पर प्रतिक्रिया करते हैं।

विस्फोट स्थिति

कुछ एचएआरटी प्रोटोकॉल-सक्षम डिवाइस बस इस संचार मोड का समर्थन करते हैं। यह मोड प्रत्येक सेकंड के लिए तीन से चार डेटा अपडेट जैसे तेज़ संचार की अनुमति देता है। इस मोड में मास्टर डिवाइस स्लेव डिवाइस को एक विशिष्ट एचएआरटी उत्तर संदेश को लगातार प्रसारित करने का निर्देश देता है। मास्टर को तेज गति से संदेश मिलता है जब तक कि वह दास को फटने से रोकने का आदेश नहीं देता। यह मोड लागू होता है जहां एचएआरटी लूप से संचार करने के लिए उपरोक्त एक एचएआरटी डिवाइस आवश्यक है।

हार्ट प्रोटोकॉल बनाम मोडबस

HART प्रोटोकॉल और मोडबस के बीच अंतर में निम्नलिखित शामिल हैं।

हार्ट प्रोटोकॉल

Modbus

हार्ट एक हाइब्रिड प्रोटोकॉल है। मोडबस एक डेटा संचार प्रोटोकॉल है।
HART का व्यापक रूप से प्रक्रिया और इंस्ट्रूमेंटेशन सिस्टम में उपयोग किया जाता है जो छोटे स्वचालन से लेकर अत्यधिक जटिल औद्योगिक अनुप्रयोगों तक होता है। Modbus आमतौर पर इंस्ट्रूमेंटेशन और कंट्रोल डिवाइस से डेटा एकत्र करने वाले सिस्टम या मुख्य कंट्रोलर को सिग्नल ट्रांसमिट करने के लिए उपयोग किया जाता है।
यह प्रोटोकॉल पॉइंट टू पॉइंट और मल्टी-ड्रॉप जैसे दो ऑपरेशनल मोड में काम करता है। मोडबस ASCII मोड या RTU मोड जैसे दो ट्रांसमिशन मोड में काम करता है।

लाभ

एचएआरटी प्रोटोकॉल के लाभ निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

  • डिवाइस जो एचएआरटी प्रोटोकॉल द्वारा सक्षम हैं, बस उपयोगकर्ताओं को अपनी परिचालन क्षमताओं को अनुकूलित करने के लिए डिवाइस को बेहतरीन डेटा का उपयोग करने की अनुमति देते हैं।
  • यह होने से पहले संभावित परेशानियों को पहचानकर उपकरणों की विफलता के कारण डाउनटाइम को कम करता है।
  • यह इन्वेंट्री लागत और उपकरणों के रखरखाव को कम करता है।
  • यह समस्या की पहचान और समस्या समाधान के लिए प्रतीक्षा समय को कम करता है।
  • यह उन्नत डायग्नोस्टिक्स का उपयोग करके सुरक्षा अखंडता के स्तर को बढ़ाता है।
  • एचएआरटी प्रोटोकॉल चुनने के लाभों में मुख्य रूप से शामिल हैं; डिजिटल क्षमता, एनालॉग क्षमता, उपलब्धता और इंटरऑपरेबिलिटी।
  • इस प्रोटोकॉल का उपयोग विभिन्न उपकरणों और सेंसर के साथ भी किया जा सकता है।
  • HART प्रोटोकॉल-आधारित उपकरण उद्योगों में व्यापक रूप से स्वीकार किए जाते हैं।
  • यह प्रोटोकॉल सिस्टम उपलब्धता, प्रगति नियमितता आदि को बढ़ाता है।

नुकसान

हार्ट प्रोटोकॉल के नुकसान निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

  • एचएआरटी ट्रांसमिशन के भीतर डिजिटल सिग्नल काफी धीमा है।
  • मल्टी-ड्रॉप व्यवस्था के लिए, एनालॉग सिग्नल सुलभ नहीं है और नहीं। ट्रांसमिशन लाइन को विभाजित करने वाले उपकरणों की संख्या प्रतिबंधित है।
  • यह किसी भी समय केवल एक प्रक्रिया चर की निगरानी कर सकता है।
  • प्रोफिबस और फाउंडेशन फील्डबस जैसे अन्य फील्डबस सिस्टम की तुलना में इस प्रकार का प्रोटोकॉल कुछ धीमा है। तो यह धीमी प्रतिक्रिया समय कुछ औद्योगिक-आधारित अनुप्रयोगों के भीतर कुछ कठिनाइयों का कारण बनता है।
  • आम तौर पर, एचएआरटी प्रोटोकॉल की गति सरल निगरानी प्रणालियों के लिए पर्याप्त होती है जहां प्रक्रिया चर जल्दी से भिन्न नहीं होते हैं।

अनुप्रयोग

हार्ट प्रोटोकॉल के अनुप्रयोग निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

  • HART प्रोटोकॉल का उपयोग दुनिया भर में स्मार्ट उपकरणों और नियंत्रण प्रणालियों के बीच एनालॉग वायरिंग के साथ डिजिटल डेटा संचारित और प्राप्त करने के लिए किया जाता है।
  • यह औद्योगिक स्वचालन में उपयोग किया जाने वाला एक बहुत ही लोकप्रिय प्रोटोकॉल है।
  • यह प्रोटोकॉल मुख्य रूप से स्मार्ट उपकरणों के विश्लेषण के लिए है।
  • यह व्यापक रूप से प्रक्रिया और इंस्ट्रूमेंटेशन सिस्टम में उपयोग किया जाता है।
  • इस प्रकार का संचार प्रोटोकॉल बहुपरिवर्तनीय उपकरणों के लिए आदर्श है जिसमें बड़े पैमाने पर प्रवाह मीटर शामिल होते हैं जहां एक ही केबल पर नियंत्रण प्रणाली की ओर वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह, द्रव्यमान प्रवाह, घनत्व और तापमान का संचार किया जा सकता है।
  • यह प्रोटोकॉल मुख्य रूप से औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण और माप अनुप्रयोगों में उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
  • HART प्रोटोकॉल मुख्य रूप से विभिन्न उपकरणों के बीच संचार के लिए प्रक्रिया उद्योगों में उपयोग किया जाता है।

इस प्रकार, यह एक है हार्ट प्रोटोकॉल का संचालन . यह प्रोटोकॉल स्मार्ट फील्ड उपकरणों के साथ-साथ डीसीएस और पीएलसी सिस्टम जैसे निगरानी या नियंत्रण प्रणालियों के बीच एनालॉग तारों में डिजिटल डेटा संचारित और प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाने वाला वैश्विक मानक है। यह द्विदिश संचार प्रोटोकॉल केवल क्षेत्र और मेजबान नियंत्रक के बीच अतिरिक्त डेटा के प्रवेश का अधिकार प्रदान करता है जो एक हाथ में डिवाइस से लेकर एक परिसंपत्ति प्रबंधन प्रणाली या संयंत्र नियंत्रक तक होता है। यहाँ एक प्रश्न है: HART प्रोटोकॉल का पूर्ण रूप क्या है?