بروتوكول محولات الإرسال والاستقبال عن بعد القابلة للعنونة على الطرق السريعة
بروتوكول الاتصال HART (المحول البعيد القابل للعنونة عبر الشبكة) هو بروتوكول مفتوح هجين يجمع بين التناظري والرقمي في أنظمة الأتمتة الصناعية. وتتمثل ميزته الأبرز في قدرته على الاتصال عبر حلقات التيار التناظرية القديمة (4-20 مللي أمبير)، حيث يتشارك زوج الأسلاك المستخدم في الأنظمة المضيفة التناظرية فقط. يُستخدم HART على نطاق واسع في أنظمة العمليات والأجهزة، بدءًا من تطبيقات الأتمتة الصغيرة وصولًا إلى التطبيقات الصناعية بالغة التعقيد.
استنادًا إلى نموذج OSI ، يقع بروتوكول HART في الطبقة السابعة، وهي طبقة التطبيقات. أما الطبقات من الثالثة إلى السادسة فلا تُستخدم. [ 1 ] عند إرسال البيانات عبر تيار يتراوح بين 4 و20 مللي أمبير، فإنه يستخدم شريحة Bell 202 للطبقة الأولى. ولكن غالبًا ما يتم تحويله إلى RS485 أو RS232.
بحسب إيمرسون، [ 2 ] ونظرًا لانتشار أنظمة 4-20 مللي أمبير على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، يُعدّ بروتوكول HART أحد أكثر البروتوكولات الصناعية شيوعًا اليوم. وقد شكّل بروتوكول HART خيارًا مناسبًا للمستخدمين الذين يرغبون في استخدام إشارات 4-20 مللي أمبير التقليدية، ولكنهم يريدون تطبيق بروتوكول "ذكي".
تاريخ
طُوّر هذا البروتوكول من قِبل شركة روزماونت ، استنادًا إلى معيار الاتصالات المبكر بيل 202، في منتصف ثمانينيات القرن الماضي كبروتوكول اتصالات رقمي خاص بأجهزة القياس الميدانية الذكية. وسرعان ما تطور إلى بروتوكول هارت، وفي عام 1986 أصبح بروتوكولًا مفتوح المصدر . ومنذ ذلك الحين، جرى تحسين قدرات البروتوكول من خلال مراجعات متتالية للمواصفات.
الأوضاع
يوجد نمطان تشغيليان رئيسيان لأجهزة HART: نمط نقطة إلى نقطة (تناظري/رقمي)، ونمط النقاط المتعددة.
نقطة إلى نقطة
في وضع الاتصال المباشر، تُضاف الإشارات الرقمية إلى تيار الحلقة 4-20 مللي أمبير . يُعد كل من تيار 4-20 مللي أمبير والإشارة الرقمية بروتوكولات إشارة صالحة بين وحدة التحكم وجهاز القياس أو عنصر التحكم النهائي.
يُضبط عنوان استطلاع الجهاز على "0". لا يمكن توصيل سوى جهاز واحد بكل زوج من إشارات كابلات الأجهزة. تُحدد إشارة واحدة، عادةً من قِبل المستخدم، لتكون إشارة 4-20 مللي أمبير. تُرسل الإشارات الأخرى رقميًا فوق إشارة 4-20 مللي أمبير. على سبيل المثال، يمكن إرسال الضغط كإشارة 4-20 مللي أمبير، لتمثيل نطاق من الضغوط، ويمكن إرسال درجة الحرارة رقميًا عبر نفس الأسلاك. في وضع الاتصال من نقطة إلى نقطة، يمكن اعتبار الجزء الرقمي من بروتوكول HART بمثابة واجهة حلقة تيار رقمية .
نقاط متعددة
في وضع النقاط المتعددة، يتم تثبيت تيار الحلقة التناظرية عند 4 مللي أمبير، ومن الممكن وجود أكثر من جهاز واحد على حلقة الإشارة.
سمحت مراجعات بروتوكول HART من 3 إلى 5 بأن تكون عناوين استطلاع الأجهزة ضمن النطاق من 1 إلى 15. سمحت مراجعة HART 6 بالعناوين من 1 إلى 63؛ بينما سمحت مراجعة HART 7 بالعناوين من 0 إلى 63. يجب أن يكون لكل جهاز عنوان فريد.
بنية الحزمة
تحتوي حزمة طلب HART على البنية التالية:
| اسم الحقل | الطول (بالبايت) | غاية |
|---|---|---|
| الديباجة | 5-20 | التزامن والكشف عن الموجة الحاملة |
| عنوان | 1 أو 5 | يتم تحديده بواسطة البت 7 في الفاصل. يحدد الجهاز التابع، ويحدد الجهاز الرئيسي، ويشير إلى وضع الإرسال المتتابع. |
| توسع | 0–3 | يبلغ طول هذا الحقل من 0 إلى 3 بايتات، ويتم تحديد طوله في الفاصل (بايت البداية). |
| يأمر | 1 | القيمة العددية للأمر المراد تنفيذه |
| عدد بايتات البيانات | 1 | يشير إلى حجم حقل البيانات |
| بيانات | 0–255 | البيانات المرتبطة بالأمر. يجب أن يحتوي كل من BACK وACK على بايتين من البيانات على الأقل. |
| مجموع التحقق | 1 | عملية XOR لجميع البايتات من بايت البداية إلى بايت النهاية من البيانات |
الديباجة
تستخدم جميع الأجهزة الحديثة حاليًا ديباجة بطول خمسة بايتات، لأن أي طول أكبر من ذلك يُقلل من سرعة الاتصال. مع ذلك، فإن الأجهزة الرئيسية مسؤولة عن دعم الإصدارات السابقة. يبدأ اتصال الجهاز الرئيسي بجهاز جديد بأقصى طول للديباجة (20 بايتًا)، ثم يُقلل هذا الطول لاحقًا بمجرد تحديد حجم الديباجة المناسب للجهاز الحالي.
الديباجة هي: "ff" "ff" "ff" "ff" "ff" (5 مرات ff)
بداية الفاصل
تحتوي هذه البايتة على رقم الجهاز الرئيسي وتحدد أن حزمة الاتصال قيد البدء.
| قليل | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| الوصف | حجم العنوان | عدد بايتات التوسيع | نوع الطبقة الفيزيائية | نوع الإطار | ||||
- البت 7، إذا كان عاليًا، استخدم عنوانًا فريدًا (5 بايت)، وإلا فاستخدم عناوين الاستقصاء (1 بايت).
- البت 6 و5، عدد بايتات التوسيع
- عادةً ما يتم تعيينه إذا تم استخدام حقل التوسيع، وعادةً ما يكون 0.
- البت 4 و3، نوع الطبقة الفيزيائية
- 0=غير متزامن، 1=متزامن
- البتات 2 و1 و0، نوع الإطار
- 1= إشعار تأكيد الإرسال من جهاز وضع الإرسال المتتابع. 2= إرسال إشارة رئيسية إلى الأجهزة الميدانية. 6= إشعار تأكيد الإرسال من الجهاز التابع إلى إطار الإرسال.
عنوان
يُحدد عنوان الوجهة كما هو مُطبق في أحد أنظمة HART. كان نظام العنونة الأصلي يستخدم أربعة بتات فقط لتحديد عنوان الجهاز، مما حدّ من عدد الأجهزة إلى 16 جهازًا بما في ذلك الجهاز الرئيسي.
تستخدم الطريقة الأحدث 38 بت لتحديد عنوان الجهاز. ويتم طلب هذا العنوان من الجهاز باستخدام الأمر 0 أو الأمر 11.
يأمر
هذه قيمة عددية مكونة من بايت واحد تمثل الأمر المراد تنفيذه. يُستخدم الأمر 0 والأمر 11 لطلب رقم الجهاز.
عدد بايتات البيانات
يحدد عدد بايتات بيانات الاتصال التي يجب اتباعها.
حالة
لا يوجد حقل الحالة في الجهاز الرئيسي، بينما يشغل بايتين في الجهاز التابع. يستخدم الجهاز التابع هذا الحقل لإبلاغ الجهاز الرئيسي ما إذا كان قد أنجز المهمة وما هي حالته الصحية الحالية.
بيانات
تعتمد البيانات الموجودة في هذا الحقل على الأمر المراد تنفيذه.
مجموع التحقق
يتكون المجموع الاختباري من عملية XOR لجميع البايتات بدءًا من بايت البداية وانتهاءً بالبايت الأخير من حقل البيانات، بما في ذلك تلك البايتات.
رموز الشركات المصنعة
يُخصص لكل مصنّع مشارك في اتفاقية HART رقم تعريف. ويتم إرسال هذا الرقم كجزء من أمر تعريف الجهاز الأساسي المستخدم عند الاتصال بالجهاز لأول مرة.
مراجع
- ↑ أدوات العزف https://instrumentationtools.com/hart-communication-tutorial-part-3/
- ↑ إيمرسون https://web.archive.org/web/20181107104043/https://www.automation.com/automation-news/industry/emerson-proves-advancements-in-eddl-electronic-device-description-language-technology ، مراجعة بتاريخ 14 أبريل 2005
روابط خارجية
- مجموعة الاتصالات الميدانية
- مشروع .NET مفتوح المصدر، مؤرشف بتاريخ 23 ديسمبر 2017 على موقع Wayback Machine.
- بروتوكولات الشبكة
- الحوسبة الصناعية
- الحافلات التسلسلية
- الأتمتة الصناعية