Решения MTL для работы
с сигналами HART.

25.10.2019

HART-протокол (англ. Highway Addressable Remote Transducer Protocol) — цифровой промышленный протокол передачи данных, реализующий информационные технологии на уровне полевых устройств. Для того, чтобы эффективно применять возможности цифровой связи потребовался коммуникационный протокол.

 

Первоначальный HART-протокол был разработан в середине 1980-х годов компанией Rosemount (США). В 1986 году протокол получил наименование HART и стал открытым стандартом. С 1993 года владельцем технологий и стандартизирующей организацией являлась HART Communication Foundation. С 2014 года, после слияния Fieldbus Foundation и HART Communication Foundation, спецификации HART поддерживаются FieldComm Group.

HART-протокол это практически стандарт для современных промышленных датчиков. В стандарт входит 17 документов, охватывающих как проводной так и беспроводной (WirelessHART) вариант интерфейса. Часть спецификаций проводного HART входит в стандарт IEC 61158-CPF9. WirelessHART стандартизирован как IEC 62591:2010.

Обмен информацией между устройствами, входящими в состав автоматизированной системы (компьютерами, конт􏰀роллерами, датчиками, исполнительными устройствами), происходит через промышленную сеть. Модулированный цифровой сигнал, позволяющий получить информацию о состоянии датчика или осуществить его настройку, накладывается на токовую несущую аналоговой токовой петли уровня 4-20 мА. Таким образом, питание датчика, снятие его первичных показаний и вторичной информации осуществляется по двум проводам.

Решения MTL для работы с сигналами HART обеспечивают связь между полевыми устройствами и системой управления и специализированным программным обеспечением на ПК пользователя. Многие из ведущих мировых поставщиков АСУ ТП, интеграторов и конечных пользователей применяют решения MTL для интеграции в новые проекты и в существующие системы.

Система подключения HART компании MTL обеспечивает подключение к широкому диапазону программ управления устройствами общего назначения, так и к специализированным программным пакетам, включая программные продукты Emerson, Honeywell, Siemens, Yokogawa и др. В частности, решение Field Device Manager (FDM) Honeywell стало первой официально зарегистрированной хост-системой, работающей по протоколу HART. Система обеспечивает эффективную интеграцию продукции различных производителей в единую систему управления, в том числе и используя модули MTL для работы с сигналами HART.

 

Типичная система MTL 485x для работы с сигналами HART включает три компонента:

  1. Мультиплексор MTL HART для обеспечения связи между ПК и устройствами HART.
  2. Платы подключения MTL HART— для установки барьеров искробезопасности, так как платы не требуют сертификации.
  3. Объединительные платы для монтажа модулей мультиплексоров.

Независимо от того, предназначена система для общепромышленного применения или для приложений в опасной зоне, обновления существующей системы АСУ или автоматизации новых установок, гибкость системы MTL485x, включающей мультиплексоры, линейку стандартных или специализированных объединительных плат и систему подключения MTL HART, предоставляет пользователю надежное решение для работы с сигналами HART по одной сети.

Мультиплексоры HART представляют собой «мозг» системы и обеспечивают интерфейс для передачи данных от полевых интеллектуальных устройств на ПК. Линейка мультиплексоров MTL HART включает три типа мультиплексоров, разработанных для различных приложений.

 

MTL4850 — 32-канальный модуль является предпочтительным решением для работы с сигналами систем безопасности:

  • Предназначен для использования при частичном тестировании хода позиционера клапана;
  • Можно использовать в контурах класса SIL3 (без внесения помех);
  • Устанавливается непосредственно на объединительную плату или плату подключения заказчика.

Система основана на модульном принципе 32-канального устройства и представляет собой компактную, легко конфигурируемую и расширяемую систему. С помощью стандартного последовательного канала RS485 на одну сеть можно подключить до 2016 отдельных устройств HART.

Модули MTL4850 соответствуют требованиям применения по стандарту МЭК61508.

 

MTL4854 — 32-канальный модуль для одновременного доступа к нескольким полевым устройствам, оптимизирован для тестирования позиционеров клапанов:

  • Предназначен для приложений, где необходимо одновременно поддерживать связь с несколькими полевыми устройствами;
  • MTL4854 включает 4 HART-модема;
  • MTL4850 и MTL4854 могут монтироваться на одни и те же монтажные платы.

Система также основана на модульном принципе 32-канального устройства.

 

MTL4851/52 — 16-канальный модульный формат, эффективен при вводе в эксплуатацию новых установок и модернизации в общепромышленных или искробезопасных приложениях:

  • Мультиплексоры MTL4851 и MTL4852 являются экономически эффективным решением для реализации простых задач;
  • Компактная, легко настраиваемая и расширяемая система.

Система основана на модульном принципе 16-канального устройства. Обеспечивается возможность подключения до 7936 устройств в одну сеть при использовании RS485.

 

Помимо самих мультиплексоров, важным элементом системы MTL485x HART являются платы подключения, разработанные с учетом большинства промышленных приложений, (доступны и заказные платы для отдельных
OEM-производителей и их приложений), а также объединительные платы.

Если объединительная плата устанавливается в безопасной зоне, плата не подлежит сертификации, поскольку цепи опасной зоны подключаются к модулям входов / выходов опасной зоны, а не к плате, таким образом упрощается разработка плат и снижаются затраты.

 

Стандартные объединительные платы MTL предназначены для монтажа 4, 8, 16 или 24 модулей MTL4500.

Модули MTL4851 и MTL4852 могут устанавливаться на специализированной объединительной плате HTP-SC16M. Такое решение позволяет принципиально упростить монтаж и подключение контуров, особенно в сравнении с решениями на DIN-рейке.

Мультиплексор MTL4850 и многомодемный модуль MTL4854 для приложений по диагностике позиционеров клапанов могут устанавливаться на одной и той же объединительной плате. Таким образом, можно использовать плату
HMP-HM64 или HTP-SC32.

Платы подключения MTL HART, обеспечивают подключения к полевым устройствам, системам управления и сервисному программному обеспечению, позволяют лучше использовать ресурсы
по обслуживанию, снижают затраты времени на запуск и уменьшают время простоя и, соответственно, снижают затраты на один контур по запуску
и обслуживанию.

Мультиплексоры HART в промышленных приложениях.

Одним из успешных примеров работы с сигналами HART на промышленном объекте является предприятие по нефтепереработке Scotford Upgrader (провинция Альберта, Канада) компании Shell, которое в 2011 году получило награду HART Plant of the Year.

Задача: конфигурирование — включая настройку диапазонов, инженерных единиц, значений NAMUR, температурных пределов тревоги — и своевременный запуск в эксплуатацию более 1500 устройств с HART протоколом.

Для выполнения задачи использовались данные HART, получаемые в центральной диспетчерской от мультиплексоров MTL и от системы управления (цифровые входы / выходы HART). Большая часть измерительных инструментов входила в состав Приборной системы безопасности (SIS) или в системы третьих поставщиков, а также в состав контуров управления.

Использование возможностей и преимуществ HART, включая конфигурирование устройств, тестирование контуров, проверку запуска, настройку позиционеров клапанов и др., только на этапе тестирования позволило сократить затраты времени почти на 50%.

Технология HART во время запуска системы в эксплуатацию доказала свою целесообразность и при отладке параметров для достижения стабильных условий ведения технологического процесса. Тонкая настройка интеллектуальных позиционеров клапанов позволила обеспечить соответствие управляющим командам контроллера за половину отведенного на эти работы времени. Кроме того, цифровая обратная связь для отслеживания реального положения клапана с помощью позиционера, дала возможность обойтись без каких-либо дополнительных внешних устройств, также обеспечивая серьезную экономию средств.

Технология HART задействована на объекте и для мониторинга температуры обогрева кожухов измерительных приборов, что особенно актуально в зимний период — более эффективное профилактическое обслуживание обогреваемых кожухов и более рациональная его организация позволила оператору снизить затраты и на этот вид работ.

В итоге, несмотря на наличие оборудования от 26 разных производителей, специалистам не пришлось тратить много времени на тестирование и обеспечение его совместимости в системе, поскольку все виды измерительных приборов от всех поставщиков на объекте отвечают единым стандартам протокола HART.

В результате, оператор получил эффективный и безопасный запуск системы и бесперебойную эксплуатацию, мониторинг состояния оборудования в режиме реального времени, а также возможность эффективного планирования обслуживания.

Работая в рамках экосистемы, компания ВСП активно сотрудничает не только с конечными пользователями, но и с интеграторами и поставщиками DCS. Такой подход актуален и при рассмотрении проектов на основе оборудования MTL (Eaton Electric Ltd.), также исходя из международного признания и практики применения продуктов нашего партнера-производителя.

Некоторое время назад мы получили запрос на оборудование MTL в рамках реализации задачи по локальной системе управления вентиляцией одного из объектов проекта «Ямал СПГ».

Проект «Ямал СПГ» реализуется на полуострове Ямал за Полярным кругом на базе Южно-Тамбейского месторождения. Оператором Проекта является ОАО «Ямал СПГ» — совместное предприятие ОАО «НОВАТЭК».

Задача состояла в организации обмена информацией по HART протоколу от датчиков и оборудования третьей стороны с системой распределенного управления «Centum» Yokogawa. Количество сигналов: 400 аналоговых сигналов (4-20 мА) с HART протоколом.

Учитывая гибкие возможности решений MTL для работы с сигналами HART, были рассмотрены 4 различных варианта построения системы для подключения датчиков, расположенных в опасной и безопасной зоне.

В конечном счете, был проработан, согласован и реализован финальный вариант построения сети, включающий 32-канальные мультиплексоры MTL4850 HART, установленные на платы CPH-SC32 — искробезопасную объединительную плату HART, 32 канала, AI, AO (укомплектованную двухканальными барьерами искробезопасности MTL4544), а также модули MTL4549.

 

Цифровые возможности работы по протоколу HART обеспечивают:

  • Доступ к функциям настройки и диагностики всех датчиков и устройств;
  • Поддержку передачи нескольких измеряемых параметров от одного датчика;
  • Информацию о состоянии полевых устройств в режиме On-line;
  • Передачу параметров по аналоговой цепи и цифровой интерфейс через одну линию связи;
  • Совместимость с существующим оборудованием 4-20 мА.

По всему миру более 1 400 000 установленных устройств работают с технологией HART.

Игнорировать возможности, которые предоставляет протокол HART с точки зрения важных данных
о полевых устройствах и ведении технологического процесса — неэффективно, что и доказано практикой. Протокол HART является преобладающим в системах автоматизации производственных процессов для обмена данными с датчиками и полевыми устройствами (в особенности для реализации сервисных
и диагностических функций). Также он применяется
в системах коммерческого / технологического контроля и учета.