HART – chytré využití stávající kabeláže!

Už přibližně 40 let je protokol HART globálně rozšířeným standardem digitální komunikace na poli procesní automatizace. První verzi protokolu založenou na komunikačním standardu Bell 202, vyvinula v polovině 80. let společnost Rosemount a následně v roce 1986 vyšla první publikovaná verze HART (revize 2). Od té doby jsou možnosti protokolu postupně vylepšovány a rozšiřovány dalšími revizemi. Správu a rozvoj zajišťovala od roku 1993 organizace HART Communication Foundation. Od 1. ledna 2015 bylo sdružení začleněno společně s Foundation Fieldbus do skupiny FieldComm Group, která v současné době sdružuje více než 300 předních výrobců procesní instrumentace z celého světa.

Oba způsoby komunikace – analogový i digitální HART, využívají stejné vedení a mohou probíhat současně. Výhodou je, že po původním vedení je možné k řídicímu systému přenášet údaj o hodnotě měřené veličiny v analogové formě (proudu v rozmezí 4 až 20 mA) i digitální formě. Tím lze vyloučit chybu, která by mohla vzniknout AD/DA převodem. Digitální signál může rovněž přenášet další informace, např. o stávající konfiguraci, identifikační data, kalibrační informace, stavové a diagnostické alarmy a i další údaje. Mnoho přístrojů vysílá digitálně kromě aktuální procesní hodnoty i další měřené nebo dopočítané procesní veličiny.

Protokol HART komunikuje na principu MASTER-SLAVE. Procesní přístroj (SLAVE) jako např. snímač teploty, tlaku, hladiny nebo průtoku, komunikuje ve formě odpovědi na dotaz (resp. příkaz) zaslaný nadřazeným řídicím systémem (MASTER). Příkazy jsou v protokolu HART rozděleny do tří skupin:

Univerzální příkazy (Universal Commands) musí rozpoznat a podporovat všechna zařízení HART. Umožňují přístup k základním informacím o přístroji, např. čtení kódu typu a výrobce, čtení údajů o rozsahu a jednotkách, čtení hodnoty měřené veličiny, textové poznámky, …
Příkazy běžné praxe (Common Practice Commands) jsou implementovány do většiny zařízení HART. Umožňují změny konfigurace přístroje, např. změnu tlumení, nastavení rozsahu, kalibraci nuly, kalibraci proudového výstupu, …
Specifické příkazy přístroje (Device Specific Commands) jsou také implementovány do většiny zařízení HART. Představují funkce, které jsou specifické pro konkrétní typ zařízení a umožňují přístup k jeho nastavení, kalibraci, informace o konstrukci, …

Na komunikační linku mohou být připojeny až 2 zařízení typu MASTER. Primárním je obvykle stabilní instalované zařízení, např. řídicí systém. Sekundárním bývá ruční konfigurátor, který může komunikovat se zařízením SLAVE bez vzájemného ovlivňování komunikace s primárním MASTER zařízením.

Při použití HART multiplexoru s více smyčkami může MASTER komunikovat se všemi SLAVE zařízeními po samostatném vedení, to umožňuje zachovat původní analogovou smyčku. V tomto zapojení lze využít speciální režim, tzv. "BURST" mód, při kterém SLAVE periodicky odesílá data s větší rychlostí.

Při instalaci technologie HART do procesu platí v podstatě stejná pravidla jako pro analogovou proudovou smyčku, ale ještě je nutné dodržet pár nezbytných zásad:

Ve smyčce musí být u zdroje odpor minimálně 250 Ω, jinak nízký vnitřní odpor zdroje znemožní komunikaci.
Analogové přístroje bez podpory HART je nutné překlenout kondenzátory 20 až 50 µF.
Běžně dosahovaná délka vedení je max. 1000 m, ve speciálních případech může dosahovat až 3000 m.

Wireless HART

Zásadní novinkou revize 7 je WirelessHART, která značně rozšiřuje potencionál technologie HART. Umožňuje totiž sloučení všech HART kompatibilních zařízení do samoorganizující a samoléčící se bezdrátové sítě – jednoduše, spolehlivě, bezpečně a to bez použití kilometrů vedení. To v procesní automatizaci, kde není překážkou objem dat, ale vzdálenost, je podstatnou výhodou, zvlášť když existují případy, že v závodu nelze standardně zavést kabeláž.
V sítích založených na WirelessHART funguje každé zařízení současně jako zdroj signálu i jako opakovač a směrovač (router), díky tomu se vytvoří rozsáhlá síťová struktura. Ústředními prvky této sítě jsou brány, které komunikují s jednotlivými Wireless HART zařízeními a řídicím systémům nabízí jedno nebo více rozhraní. Původní "drátová" HART zařízení lze také začlenit do sítě za pomocí adaptérů.

Výhody technologie HART

Díky následujícím výhodám protokol HART v současné době využívá více než 30 miliónů zařízení po celém světě. To jasně potvrzuje efektivitu této technologie, která zvyšuje nejen produktivitu, ale i dostupnost celého procesního systému.

Nezávislá platforma – specifikace HART zajišťuje plnou interoperabilitu mezi všemi zařízeními od registrovaných výrobců.
Globální podpora – většina předních světových výrobců (300+) procesní instrumentace a řídicích systémů aktivně podporuje HART a nabízí řešení na principu této technologie.
Bezproblémová integrace – HART je plně kompatibilní se standardní proudovou smyčkou 4 až 20 mA, na které je založena většina aplikací procesní automatizace.
Více informací – HART nabízí skrze běžný analogový signál přístup k dalším informacím, které by jinak zůstaly nevyužity.
Snížení nákladů na údržbu – díky diagnostickým funkcím lze v reálném čase sledovat stav přístrojů, případně detekovat a identifikovat problémy v zařízeních, získávat data o výkonu pro prediktivní údržbu, ověřovat integritu proudových smyček, a celkově tak minimalizovat dopad odchylek na proces a vyhnout se neplánovaným odstávkám i zbytečným provozním kontrolám.