Giao tiếp HART trên 4-20 mA: nguyên lý, lỗi mất kết nối

Một transmitter (bộ truyền tín hiệu) áp suất trên skid sản xuất tại Nhật đọc bình thường trên DCS. Tín hiệu 4–20 mA ổn định và giá trị khớp với đồng hồ tại chỗ. Nhưng khi kẹp thiết bị cầm tay HART (communicator) vào để kiểm tra dải đo, màn hình báo "No device found".

Điểm cần nhớ là vòng 4–20 mA chạy tốt chưa chứng tỏ HART đi qua được. HART có dây chồng một tín hiệu số nhỏ lên dòng điện 4–20 mA. Thành phần dòng một chiều vẫn mang giá trị đo. Tín hiệu số cho phép host (phía hỏi thiết bị) đọc tag, dải đo và thông tin chẩn đoán, cũng như thay đổi cài đặt, trên cùng hai sợi dây.

Bài này giải thích tín hiệu đó đi trên vòng dòng như thế nào, vì sao HART cần tải 250 Ω (hoặc gần mức đó) và cách tính điện áp còn lại. Sau đó là các bước xử lý khi không kết nối được, kèm danh sách kiểm tra và câu hỏi để gửi nhà cung cấp Nhật.

Mục lục

1. HART bổ sung gì cho vòng 4–20 mA
2. FSK chạy trên vòng dòng thế nào: 1200 Hz, 2200 Hz và 1200 bit/s
3. HART mang lại gì (và không mang lại gì)
4. Giới hạn của HART có dây
5. Điện trở 250 Ω và cân bằng điện áp
6. Point-to-point và multidrop
7. HART không kết nối được? Xử lý theo thứ tự này
8. Danh sách kiểm tra: trước khi đấu communicator
9. Câu hỏi gửi nhà cung cấp Nhật
10. Giới hạn của bài viết này
11. Câu hỏi thường gặp
12. Nguồn tham khảo

HART bổ sung gì cho vòng 4–20 mA

HART là viết tắt của Highway Addressable Remote Transducer. Công nghệ này bắt nguồn từ Rosemount và trở thành chuẩn mở được nhiều hãng sử dụng. Hiện nay FieldComm Group quản lý đặc tả và đăng ký thiết bị.

Nếu hiểu "fieldbus" theo nghĩa rộng là mọi kiểu truyền thông cấp hiện trường giữa thiết bị đo và hệ thống điều khiển, thì HART cũng thuộc nhóm đó. FOUNDATION Fieldbus truyền toàn bộ thông tin bằng tín hiệu số. HART thì giữ tín hiệu analog và thêm truyền thông số lên trên. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến cách xử lý tín hiệu và cấu hình hệ thống.

Bộ điều khiển vẫn đọc được giá trị đo từ ngõ vào 4–20 mA thông thường mà không cần hỗ trợ HART. Để dùng HART, bạn cần thêm thiết bị có khả năng giao tiếp với transmitter:

• Card I/O có hỗ trợ HART, modem HART hoặc communicator cầm tay
• Host dùng cho công việc bảo trì, ví dụ phần mềm quản lý thiết bị (asset management)
• Tệp định nghĩa thiết bị khớp với thiết bị (xem phần xử lý sự cố)

Có nhà máy xử lý cấu hình và trạng thái thiết bị ngay trong DCS. Có nơi dùng một hệ thống bảo trì riêng.

Bạn định dùng thông tin vào việc gì sẽ quyết định cần thiết bị nào.

HART cũng thuộc một nhóm khác với tín hiệu I/O rời rạc như DI và DO. Tín hiệu tiếp điểm chỉ có ON hoặc OFF. HART là giao thức truyền thông, mang các hạng mục và giá trị có tên giữa host và thiết bị.

Hình 1 cho thấy một cấu hình có dây điển hình: transmitter 2 dây, nguồn 24 V và tải 250 Ω. Communicator được đấu song song, không đấu nối tiếp như ampe kế.

Hình 1: Communicator HART đấu song song tại điểm quy định

Ví dụ với transmitter 2 dây và tải nhận 250 Ω. Communicator không được đấu nối tiếp vào vòng như ampe kế.

Cực tính ghi theo chiều dòng điện trong hình. Thiết bị bảo vệ, lớp chống nhiễu (shield) và nối đất được lược bỏ. Điểm đấu thực tế và tải yêu cầu do sổ tay thiết bị và bản vẽ loop quyết định.

Communicator gửi yêu cầu đến thiết bị và đọc phản hồi từ tín hiệu trên vòng dòng. Ngoài thiết bị cầm tay chuyên dụng, bạn còn có thể dùng máy tính kèm modem HART hoặc module I/O hỗ trợ HART.

Kiểu trao đổi cơ bản là hỏi rồi đáp. Host (gọi là "master") gửi lệnh, thiết bị hiện trường trả về giá trị đo, cài đặt hoặc trạng thái. HART cho phép hai master trên một vòng: master chính, thường là hệ thống điều khiển, và master phụ, như thiết bị cầm tay hoặc laptop ở hiện trường.

FSK chạy trên vòng dòng thế nào: 1200 Hz, 2200 Hz và 1200 bit/s

HART có dây dùng điều chế dịch tần (FSK, frequency shift keying) theo chuẩn Bell 202. Tần số 1200 Hz biểu thị bit 1 và 2200 Hz biểu thị bit 0. Tín hiệu này nhỏ, khoảng ±0,5 mA quanh dòng điện của vòng.

Đừng nhầm tần số với tốc độ truyền dữ liệu. Hz đếm số chu kỳ sóng trong một giây, còn bit/s đếm số bit trong một giây. HART có dây chạy ở 1200 bit/s. Không có khoảng tốc độ "1200–2200 bit/s", dù các con số trông giống nhau.

Hình 2 tách hai khái niệm: giá trị trung bình DC mang giá trị đo, và tần số hai âm mang dữ liệu.

Hình 2: Dòng điện trung bình và tần số của tín hiệu dữ liệu

Trên: tín hiệu AC nhỏ chồng lên mức DC ví dụ 12 mA (không đúng tỷ lệ). Dưới: số chu kỳ của mỗi tần số trong cùng một khoảng 2,5 ms, đây không phải chu kỳ bit.

1200 Hz × 0,0025 s = 3 chu kỳ; 2200 Hz × 0,0025 s = 5,5 chu kỳ. Cả hai con số đều không phải tốc độ truyền dữ liệu 1200 bit/s.

Các âm này có trung bình bằng không nên không làm lệch giá trị DC, và tín hiệu analog vẫn hoạt động. Ở phía nhận, các mạch riêng thu thành phần DC để đo và thành phần AC để truyền thông.

Hãy kiểm tra riêng kết quả đọc HART và phép quy đổi từ dòng điện ra giá trị. Nếu dải ngõ vào analog trên DCS khác dải của transmitter thì giá trị hiển thị vẫn sai, dù dòng điện đúng.

HART mang lại gì (và không mang lại gì)

Lợi ích chính là truy cập được thông tin thiết bị mà riêng dòng điện không truyền được, và không phải đi dây mới. Từ công cụ bảo trì, bạn xem được dải đo, đơn vị, tag và trạng thái thiết bị ở cùng một chỗ.

Những gì đọc được phụ thuộc vào từng thiết bị. Ví dụ cảm biến nhiệt độ hai phần tử (dual-element) có hai phần tử cảm biến nhưng chưa chắc có hai ngõ ra dòng điện.

Biến số và thông tin chẩn đoán đọc được qua HART phụ thuộc vào cấu hình ngõ vào của transmitter và các chức năng nó hỗ trợ.

Hình 3 so sánh những gì ngõ vào 4–20 mA thông thường cho bạn với những gì HART có thể bổ sung.

Hình 3: Dòng điện mang giá trị; HART mang thông tin thiết bị

Muốn dùng được thông tin mà thiết bị HART có, phía host cũng phải xử lý được.

Hạng mục	Ngõ vào 4–20 mA thông thường	Ví dụ thông tin HART bổ sung
Giá trị đo	Dòng điện quy đổi theo dải đã cài	Giá trị số, đơn vị và trạng thái
Nhận diện thiết bị	Đối chiếu với bản vẽ, số đầu cực, nhãn tại chỗ	Tag, loại thiết bị, số serial và tương tự
Dải đo	Kiểm tra riêng từng cài đặt phía nhận và tại chỗ	Đọc giá trị dải dưới và dải trên từ thiết bị
Gợi ý cho bảo trì	Dòng điện bất thường và kiểm tra tại hiện trường	Trạng thái thiết bị, biến số bổ sung và thông tin chẩn đoán
Phía nhận cần có	Ngõ vào analog	Host tương thích, đường truyền thông và tệp định nghĩa thiết bị

Không phải thiết bị nào cũng cung cấp đủ các mục này, hoặc ở cùng dạng. Kết quả phụ thuộc vào model, revision và khả năng hỗ trợ của host.

Khi chạy thử (commissioning), hãy đối chiếu từng tag hiện trường với điểm đo trong thiết kế, rồi xác nhận đơn vị và dải đo. Đọc cài đặt bằng công cụ HART rồi xuất ra danh sách sẽ đỡ công thu thập bằng tay.

Ví dụ: dòng điện đúng nhưng hiển thị sai

Giả sử transmitter cài dải 0–1 MPa (0–10 bar) với ngõ ra 4–20 mA. Ở 0,5 MPa nó xuất 12 mA. Nếu chỉ phía nhận được cài 0–2 MPa thì màn hình hiển thị 1 MPa.

Dòng điện khi đó đúng như dải của transmitter. Hãy đọc dải và giá trị số của thiết bị qua HART rồi so với phép quy đổi ở phía nhận. Phép so sánh này chỉ ra nguyên nhân gây lệch.

Khi so đồng hồ tại chỗ với transmitter và màn hình, hãy thống nhất đơn vị và gốc áp suất (áp suất dư hay tuyệt đối), không chỉ con số. Thang đo của đồng hồ chân không–áp suất (compound gauge) cũng giúp xác nhận dải đo.

Trong lúc vận hành, thay đổi trạng thái thiết bị giúp bạn quyết định kiểm tra thiết bị nào trước. Thông tin chẩn đoán hữu ích nhất khi đặt cạnh điều kiện quy trình và các phép đo khác.

HART là chuẩn mở nên được thiết kế để dùng chung cho thiết bị của nhiều hãng. Nhờ vậy, khi lắp thiết bị ở nhà máy ngoài Nhật, việc thống nhất cách kiểm tra thiết bị, host và tệp định nghĩa cũng dễ hơn.

Lưu ý: đổi dải đo (re-ranging) transmitter qua HART không phải là hiệu chuẩn. Thay đổi dải không kiểm chứng được độ chính xác của cảm biến. Việc đó vẫn cần chuẩn tham chiếu và kiểm tra cả chuỗi đo.

Giới hạn của HART có dây

Ở 1200 bit/s, FSK có dây không phù hợp để gửi hình ảnh hay lượng lớn dữ liệu dạng sóng. Đọc nhiều hạng mục từ nhiều thiết bị lần lượt cũng cộng dồn thành thời gian chờ đáng kể.

Tốc độ không phải yếu tố duy nhất. Mỗi yêu cầu và phản hồi mang nhiều thông tin hơn giá trị đo, còn loại lệnh, chu kỳ quét của host và thời gian phản hồi của thiết bị đều ảnh hưởng đến chu kỳ cập nhật chung. Vì vậy người thiết kế thường giữ đường 4–20 mA cho điều khiển, còn dữ liệu HART là một luồng cập nhật riêng, chậm hơn, dành cho bảo trì.

Nếu định dùng giá trị số HART trong điều khiển, hãy so chu kỳ cập nhật cần thiết với hiệu năng thực tế của hệ thống, rồi chọn cách host lấy dữ liệu.

Đường tín hiệu cũng quan trọng. HART có thể thất bại trên một vòng mà giá trị analog vẫn đến hoàn hảo, tùy cách các thiết bị ở giữa xử lý tín hiệu AC:

• Bộ chuyển đổi tín hiệu và bộ cách ly (isolator)
• Rào an toàn nội tại (intrinsic safety barrier)
• Bộ lọc

Với isolator, ngoài độ chính xác 4–20 mA, hãy kiểm tra xem nó có chuyển tiếp HART theo cả hai chiều hay không. Thiết bị tái tạo đúng giá trị DC chưa chắc đã cho tín hiệu AC đi qua.

Cuối cùng, host cần hỗ trợ đúng cho từng thiết bị. Đọc giá trị đo cơ bản cần ít hơn so với chẩn đoán và cấu hình chi tiết. Hãy chọn phần mềm và tệp định nghĩa thiết bị khớp với các hạng mục bạn muốn dùng.

Điện trở 250 Ω và cân bằng điện áp

HART cần một lượng điện trở nhất định trong vòng để tín hiệu dòng điện của thiết bị tạo ra điện áp mà host phát hiện được. Đặc tả HART yêu cầu tổng tải của vòng, kể cả điện trở cáp, tối thiểu 230 Ω và tối đa 1100 Ω. Nhiều sổ tay thiết bị ghi 250 Ω, nằm ngay trên mức tối thiểu đó.

Sổ tay thiết bị nêu tải mà thiết bị cần để truyền thông. Điện trở này có thể đã được tích hợp trong ngõ vào nhận hoặc bộ nguồn, nên không phải lúc nào cũng cần lắp thêm.

Nếu thêm điện trở mà không kiểm tra xem đã có chưa, bạn sẽ cộng thêm một sụt áp. Trước hết hãy tìm vị trí tải hiện có, rồi đối chiếu với yêu cầu truyền thông của thiết bị và khả năng cấp của nguồn.

Hình 4 tính cân bằng điện áp với các giá trị giả định.

Hình 4: Điện áp trên 250 Ω và điện áp còn lại cho transmitter

Các giá trị chỉ là giả định để minh họa: nguồn 24 V, điện trở nhận 250 Ω, điện trở dây đi và về 50 Ω, và sụt áp 2 V trên một thiết bị trung gian.

Điện áp trên điện trở

V_R = I × R

0,004 × 250 = 1 V

0,020 × 250 = 5 V

Sụt áp trên dây ở 20 mA

V_dây = I × R_dây

0,020 × 50 = 1 V

Điện áp còn lại tại transmitter

V_TX = V_S − V_R − V_dây − V_tg

24 − 5 − 1 − 2 = 16 V

Nếu transmitter cần tối thiểu 12 V để hoạt động

16 − 12 = dự phòng 4 V

I: dòng vòng [A]; R: điện trở nhận [Ω]; R_dây: điện trở dây đi và về [Ω]; V_S: điện áp nguồn; V_tg: sụt áp trên thiết bị trung gian; V_TX: điện áp tại đầu cực transmitter [V]. Mức sụt 2 V và điện áp tối thiểu 12 V là giả định, không phải thông số chung cho mọi thiết bị.

Với thiết bị thực, hãy dùng điện áp tối thiểu của nguồn, dòng làm việc tối đa và dòng báo động, cùng thông số của mọi thiết bị trong vòng. Phải thỏa mãn cả yêu cầu về tải lẫn yêu cầu về điện áp.

Dòng 4–20 mA qua 250 Ω cho điện áp 1–5 V, nên cùng một điện trở cũng dùng được cho ngõ vào điện áp analog. Trên bản vẽ Nhật, điện trở này có thể được ghi là 受信抵抗 (jushin teiko, điện trở nhận).

Trong ví dụ, ở 20 mA còn 16 V tại transmitter, dự phòng 4 V so với mức tối thiểu giả định 12 V. Với cùng thiết bị, mức dự phòng này thu hẹp nếu điện áp nguồn giảm hoặc cáp dài hơn.

Nếu thiết bị dùng dòng báo động, hãy tính sụt áp ở mức dòng đó. Với cùng giả định ở 22 mA, điện trở sụt 5,5 V, dây sụt 1,1 V và còn 15,4 V tại transmitter.

Con số 22 mA chỉ dùng cho ví dụ này, vì dòng báo động khác nhau theo từng thiết bị. Tính ở dòng tối đa của thiết bị sẽ lộ ra tình trạng thiếu điện áp mà trong dải đo bình thường không thấy.

Chỉ riêng giá trị điện trở không quyết định chất lượng truyền thông. Nó ảnh hưởng cả đến điện áp mà ngõ vào analog nhận lẫn trở kháng của đường truyền thông, nên cáp và các thiết bị đấu vào phải phù hợp với toàn bộ vòng.

Cách bản thông số Nhật ghi tải và nguồn

Datasheet Nhật thường ghi tải cho phép bằng công thức thay vì một con số. Mục này có tên 許容負荷抵抗 (kyoyo fuka teiko, điện trở tải cho phép).

Ví dụ, một isolator hỗ trợ HART của MG Co., Ltd. ghi tải cho phép là (điện áp nguồn − 12 V) ÷ 0,02 A, đã gồm điện trở dây dẫn. Cùng datasheet đó yêu cầu điện trở vòng 250 Ω ±10% để truyền thông HART.

Card đầu vào của DCS Nhật cũng có thể đã tích hợp sẵn tải. Datasheet của một module I/O Yokogawa ghi điện trở ngõ vào 2 dây từ 400 Ω (ở 20 mA) đến 750 Ω (ở 4 mA), có hỗ trợ HART. Hãy đọc thông số của card trước khi lắp thêm điện trở.

Point-to-point và multidrop

Trong vòng point-to-point điển hình, một transmitter nằm trên một vòng dòng và gửi giá trị đo chính bằng 4–20 mA. HART cho phép đọc giá trị số và cài đặt của thiết bị đó trên cùng đôi dây.

Trong multidrop, nhiều thiết bị dùng chung một đôi dây và host nhận diện từng thiết bị bằng địa chỉ. Khi thiết bị được đặt ở chế độ dòng cố định, host đọc từng giá trị đo bằng tín hiệu số. Tổng dòng điện không cho biết gì về từng giá trị riêng.

Hình 5 so sánh hai cấu hình.

Hình 5: Cộng dòng điện lại không cho ra từng giá trị riêng

Ở ví dụ phía dưới, thiết bị A, B và C đều cố định 4 mA nên vòng mang tổng 12 mA. Số thiết bị và dải địa chỉ phụ thuộc vào phiên bản HART và thông số thiết bị.

Nguồn, giao diện truyền thông và tải được vẽ gộp ở phía host. Trên: một vòng. Dưới: các thiết bị đấu song song trên cùng đôi dây.

Với thiết bị cũ (HART revision 3 đến 5), địa chỉ polling chạy từ 1 đến 15, nên nhiều tài liệu ghi giới hạn 15 thiết bị. HART 6 và 7 cho phép địa chỉ đến 63, nhưng mức tối đa thực tế phụ thuộc từng thiết bị. Dùng địa chỉ polling trên 15 trên vòng trộn thiết bị cũ và mới có thể gây lỗi truyền thông.

Ngõ vào analog hiện có và mạng multidrop cần cách đấu dây và cài đặt khác nhau. Hãy kiểm tra cả chế độ ngõ ra dòng điện lẫn địa chỉ, rồi quyết định mỗi giá trị được đọc qua đường nào.

Mạng multidrop dòng cố định vẫn phải kiểm tra nguồn cấp. Dòng của mọi thiết bị cùng chảy qua tải chung, nên hãy đánh giá điện áp nguồn và dung lượng dòng cho toàn bộ thiết bị được đấu vào.

HART còn có các phiên bản dùng môi trường truyền khác, như WirelessHART và HART-IP. Tần số Bell 202 và tốc độ 1200 bit/s chỉ áp dụng cho HART có dây, không áp dụng cho lớp vật lý không dây hay Ethernet.

HART không kết nối được? Xử lý theo thứ tự này

Đi từ nguồn và dây dẫn đến phần mềm. Mỗi bước loại trừ một lớp trước khi sang bước sau. Trước khi mở hộp nối dây hoặc chạm vào đầu cực, hãy tuân thủ quy trình cấp phép làm việc, cách ly và quy định về vùng nguy hiểm cháy nổ của nhà máy, theo nội quy an toàn của công ty và Luật An toàn, vệ sinh lao động 2015. Bài này không thay thế các quy trình đó.

1. Nguồn và dòng analog. Xác nhận thiết bị đủ điện áp và ngõ ra 4–20 mA đúng như dự kiến. Lần theo nguồn, tải nhận, thiết bị trung gian và dây dẫn trên bản vẽ loop, rồi tính cân bằng điện áp như Hình 4.
2. Điểm đấu và tải. Kiểm tra communicator được đấu ở đâu và vòng đang có bao nhiêu tải, đối chiếu với sổ tay thiết bị. Đấu song song tại điểm quy định. Chèn công cụ nối tiếp như ampe kế sẽ làm thay đổi mạch vòng.
3. Giao thức. Xác nhận thiết bị thật sự dùng HART. Một số thiết bị Nhật có thể dùng giao thức khác (xem phần sau).
4. Thiết bị trên đường truyền. Kiểm tra isolator, barrier và bộ chuyển đổi có ghi hỗ trợ HART không và cho tín hiệu đi theo chiều nào. Nếu đọc được thiết bị ở một phía isolator mà không đọc được ở phía kia, hãy xem chức năng chuyển tiếp của nó và phía bạn đang đấu vào.
5. Dây dẫn và nhiễu. Tìm chỗ tiếp xúc lỏng và đấu sai, đồng thời xem nhiễu điện xung quanh. Với chống nhiễu (shield) và nối đất, hãy theo quy định đi dây của nhà máy và của thiết bị.
6. Hỗ trợ từ host. Nếu truyền thông được nhưng một số cài đặt không hiện ra, hãy kiểm tra tệp định nghĩa thiết bị. Gói DD, DTM và FDI gắn với loại thiết bị và revision, nên hãy nạp đúng tệp khớp vào host.
7. So sánh giá trị. So biến chính (primary variable) đọc qua HART với tín hiệu thực sự dùng để điều khiển. Tách giá trị điều khiển khỏi giá trị giám sát, bảo trì sẽ giúp phân biệt lỗi truyền thông với lỗi hiển thị hoặc điều khiển.

Ở nhà máy đang chạy, thay đổi cấu hình có thể ảnh hưởng đến vận hành. Hãy quản lý việc đọc và việc ghi riêng, ghi lại giá trị trước khi đổi và làm theo quy trình quản lý thay đổi của nhà máy.

Thiết bị Nhật: kiểm tra BRAIN trước khi nghi ngờ vòng dòng

Yokogawa, một hãng thiết bị đo lớn của Nhật, còn dùng giao thức số riêng gọi là BRAIN. Một số transmitter của hãng được bán ở cả bản BRAIN và bản HART với cùng phần tử cảm biến, và giao thức do mã model quyết định. Đừng cho rằng hai giao thức dùng thay nhau được.

Nhìn chung thiết bị BRAIN không giao tiếp được với communicator HART tiêu chuẩn. Yokogawa liệt kê thiết bị cầm tay BT200 là communicator cho thiết bị BRAIN, và phần mềm FieldMate là một lựa chọn khác. Hãy hỏi hãng xem model của bạn cần công cụ nào. Trước khi đổi điện trở hay đi lại dây, hãy đọc đầy đủ mã model trên nameplate (biển tên) và đối chiếu với bảng mã model của hãng.

Sổ tay tiếng Nhật cũng có thể tách bản HART và bản BRAIN thành các tài liệu riêng. Hãy chắc rằng sổ tay bạn đang đọc khớp với giao thức ghi trên nameplate.

Thuật ngữ tiếng Nhật bạn có thể gặp

Các thuật ngữ này xuất hiện trong bản vẽ loop, datasheet và sổ tay tiếng Nhật của vòng HART.

Romaji (kèm chữ Hán nếu có)	Tiếng Việt	Ý nghĩa
HART tsushin taio (HART通信対応)	Hỗ trợ giao tiếp HART	Tương thích HART (isolator, barrier cũng cần ghi cụm này)
jushin teiko (受信抵抗)	Điện trở nhận	Thường là 250 Ω (cho điện áp 1–5 V)
fuka teiko (負荷抵抗)	Điện trở tải	Điện trở tải của vòng
kyoyo fuka teiko (許容負荷抵抗)	Điện trở tải cho phép	Thường được cho bằng công thức
rupu-zu	Bản vẽ loop	Sơ đồ đấu dây của từng vòng đo
toriatsukai setsumeisho (取扱説明書)	Sổ tay hướng dẫn sử dụng	Instruction manual
sohoko (双方向)	Hai chiều	Isolator có chuyển tiếp HART theo cả hai chiều không

Danh sách kiểm tra: trước khi đấu communicator

Hãy rà các mục này trước khi bỏ thời gian ra hiện trường.

• Đã xác nhận thiết bị dùng HART (không phải BRAND hay giao thức khác) từ mã model đầy đủ
• HART revision của thiết bị, và host cùng communicator có hỗ trợ không
• Vị trí và giá trị điện trở tải hiện có, kể cả phần đã tích hợp trong card đầu vào hoặc bộ nguồn
• Tổng tải của vòng nằm trong yêu cầu truyền thông của thiết bị (dải theo đặc tả HART là 230–1100 Ω)
• Điện áp tại transmitter ở dòng tối đa, kể cả dòng báo động, cao hơn điện áp hoạt động tối thiểu của nó
• Mọi isolator, barrier và bộ chuyển đổi trong vòng đều ghi hỗ trợ HART và cho HART đi qua theo chiều bạn cần
• Điểm đấu communicator theo sổ tay, và đấu song song
• Mỗi lúc chỉ có một master phụ (thiết bị cầm tay hoặc laptop) trên vòng
• Địa chỉ polling và chế độ ngõ ra dòng điện (4–20 mA bình thường hay dòng cố định)
• Gói DD, DTM hoặc FDI khớp với loại thiết bị và revision đã nạp vào host
• Phép quy đổi phía nhận khớp với dải và đơn vị của transmitter
• Đã ghi lại giá trị hiện có và làm theo quy trình thay đổi của nhà máy trước khi ghi bất kỳ cài đặt nào trên vòng đang chạy

Câu hỏi gửi nhà cung cấp Nhật

Nếu thiếu tài liệu hoặc tài liệu chưa rõ, hãy hỏi thẳng nhà cung cấp. Các câu hỏi dưới đây bao quát những điểm trên.

1. Mỗi transmitter dùng giao thức nào (HART, BRAIN hay khác)? Vui lòng cho mã model đầy đủ.
2. Mỗi thiết bị hỗ trợ HART revision nào?
3. Điện trở tải HART của từng vòng nằm ở đâu và có giá trị bao nhiêu? Nó có được tích hợp trong card đầu vào hoặc bộ nguồn không?
4. Điện áp hoạt động tối thiểu của từng transmitter là bao nhiêu và dòng báo động được đặt ở mức nào?
5. Các isolator và barrier trong tủ có hỗ trợ HART không, và có chuyển tiếp HART theo cả hai chiều không?
6. Thiết bị cầm tay (communicator) nên đấu ở đâu? Vui lòng đánh dấu các điểm trên bản vẽ loop.
7. Cần những tệp DD, DTM hay FDI nào và tải ở đâu?
8. Có thiết bị nào đấu multidrop hoặc đặt ở dòng cố định không?
9. Anh/chị có thể cung cấp bản tiếng Anh của sổ tay và bản vẽ loop cho các thiết bị này không?

Một email ngắn, đúng trọng tâm thường nhận được câu trả lời rõ hơn câu chung chung "HART không chạy". Mẫu dưới đây viết bằng tiếng Anh, vì nhiều nhà cung cấp Nhật trao đổi kỹ thuật bằng tiếng Anh:

Subject: HART communication check – [project name], tag [PT-101]

We cannot communicate with transmitter [PT-101] using a HART communicator, although the 4–20 mA signal reads correctly in the DCS. Could you please confirm the following for this loop: (1) the full model code and communication protocol of the transmitter, (2) the location and value of the HART load resistor, (3) whether the isolator [model] relays HART in both directions, and (4) the recommended connection point for a handheld communicator? A marked-up loop diagram would be very helpful.

Giới hạn của bài viết này

• Bài này nói về HART có dây trên vòng 4–20 mA. WirelessHART và HART-IP dùng lớp vật lý khác.
• Cân bằng điện áp ở Hình 4 dùng giá trị giả định. Hãy dùng thông số thực của nguồn, cáp và mọi thiết bị trong vòng.
• Yêu cầu về tải, dòng báo động, dải địa chỉ và chức năng được hỗ trợ khác nhau theo thiết bị, revision và host. Sổ tay thiết bị được ưu tiên hơn các số liệu chung ở đây.
• Chúng tôi chưa xác nhận được tiêu chuẩn TCVN nào tương ứng trực tiếp với đặc tả HART, nên bài không đối chiếu với TCVN. Đặc tả HART do FieldComm Group quản lý.
• Vòng an toàn nội tại (intrinsically safe) có quy tắc riêng cho barrier và thiết bị đấu vào. Việc có được đấu communicator trong vùng nguy hiểm cháy nổ hay không do phê duyệt và quy trình của nhà máy quyết định, không phải bài này.
• Thay đổi cài đặt trên nhà máy đang chạy phải theo quy trình riêng của nhà máy.

Câu hỏi thường gặp

HART có cần cáp riêng không?

Không. HART được thiết kế để chạy trên vòng đo hai dây có sẵn. Dây dẫn, tải và các thiết bị trung gian vẫn phải đáp ứng yêu cầu truyền thông, nên hãy kiểm tra cả vòng dòng điện chứ không chỉ loại cáp.

Tín hiệu 4–20 mA bình thường thì HART có chạy không?

Chưa chắc. Giá trị DC có thể đến đúng trong khi isolator hoặc thiết bị khác chặn tín hiệu truyền thông AC. Hãy kiểm tra thiết bị và host có hỗ trợ HART, tải và điện áp nằm trong yêu cầu, và mọi thiết bị ở giữa có chuyển tiếp HART theo cả hai chiều.

Có phải lúc nào cũng phải lắp thêm điện trở 250 Ω không?

Không. Một số ngõ vào nhận và bộ nguồn đã có sẵn tải cần thiết. Hãy tìm tải hiện có trên bản vẽ loop, rồi quyết định có cần thêm không để đáp ứng yêu cầu truyền thông của thiết bị mà vẫn giữ được dự phòng điện áp.

Vì sao giá trị đọc qua HART khác với hiển thị trên DCS?

Giá trị số HART và giá trị hiển thị quy đổi từ 4–20 mA đi theo hai đường khác nhau. Hãy so biến số, đơn vị, dải đo và phép quy đổi phía nhận, rồi kiểm tra từng bước để xem giá trị bị thay đổi ở đâu.

1200 Hz và 1200 bit/s có phải là một không?

Không. Hz là tần số của sóng, còn bit/s là tốc độ truyền thông tin. HART có dây dùng 1200 Hz và 2200 Hz để biểu thị 1 và 0, còn tốc độ dữ liệu là 1200 bit/s.

Nguồn tham khảo

• Cơ bản về HART và IIoT: Endress+Hauser, "The essentials of HART communication and the IIoT"
• Tần số FSK, tốc độ dữ liệu, tín hiệu ±0,5 mA, tải vòng 230–1100 Ω, hai master, địa chỉ multidrop 1–15: SAMSON, "HART Communications" (Technical Information L452 EN)
• HART revision và dải địa chỉ polling: Wikipedia, "Highway Addressable Remote Transducer Protocol"; Endress+Hauser, BA00486C operating instructions
• Tổng quan HART: Yokogawa, "HART通信とは何ですか？" (tiếng Nhật)
• Điện trở ngõ vào của module I/O hỗ trợ HART: Yokogawa, GS 33K50F80-50E, I/O Modules with Built-in Barrier (for FIO)
• Nguyên lý HART: Emerson, FIELDVUE DVC6200 instruction manual
• Đấu công cụ cấu hình HART: Yokogawa, digitalYEWFLO instruction manual (tiếng Nhật)
• Isolator hỗ trợ HART (chuyển tiếp hai chiều, 250 Ω ±10%, công thức tải cho phép): MG Co., Ltd., M2DYHR product specifications (tiếng Nhật)
• BRAIN và communicator HART: Yokogawa, Device Smart Communicators; Yokogawa, DPharp EJA Series HART protocol manual (IM 01C22T01-01EN)
• Tệp định nghĩa thiết bị: FieldComm Group, "HART EDD/FDI Registration"; Yokogawa, FieldMate và DD/DTM FAQ (tiếng Nhật)
• Nguồn gốc HART và chuẩn mở: Emerson, Rosemount pressure innovation history
• Nhiều ngõ vào cảm biến và biến chính: Emerson, Rosemount 3144P reference manual