1. Giao thức truyền thông HART - Giải pháp cho công nghệ mới
www.hantech.vn
Giao thức truyền thông HART đang ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như
là giao thức truyền thông chuẩn cho các thiết bị số sử dụng tín hiệu tương tự dạng dòng 4-20mA. Trên
thị trường hiện nay xuất hiện ngày càng nhiều các thiết bị chuyển đổi đo lường sử dụng giao thức này.
Mà nguyên nhân chính là tính năng cho phép giao thiếp truyền thông hai chiều giữa người sử dụng và
các thiết bị cảm biến sẽ góp phẩn cải thiện đáng kể hệ thống quản lý thông tin về quá trình công nghệ
trong nhà máy. Đồng thời giảm chi phí lắp đặt, chạy thử, vận hành và bảo dưỡng thiết bị, qua đó tăng
tính cạnh tranh cho các nhà sản xuất sử dụng các thiết bị này.
Giới thiệu chung về HART Protocol
Trong rất nhiều năm trước đây, tín hiệu chuẩn dùng cho các thiết bị đo lường trong các nhà máy tự động
hóa là tín hiệu tương tự dạng dòng điện 4-20mA. Trong đó 4mA tương ứng với giới hạn đo dưới của
thiết bị, và 20mA tương ứng với giới hạn đo trên của thiết bị. Giả sử đối với một thiết bị cảm biến đo áp
suất có giải đo từ 0-100 Psi, khi tín hiệu ra là 4mA sẽ có nghĩa là áp suất đặt vào thiết bị là bằng 0, còn
khi tín hiệu dòng ra là 20mA thì có nghĩa là áp suất đạt vào bộ phận cảm biến của thiết bị chuyển đổi đo
lường là bằng 100 psi, và tương tự, một dòng điện 12mA ở đầu ra thiết bị là tương ứng với áp suất
50Psi ở đầu vào. Do có tính chống nhiễu cao và không bị biến đổi khi truyền trên một khoảng cách dài
so với tín hiệu đo lường dạng áp: 0-5VDC, 0-10 VDC, nên tín hiệu dòng 4-20mA đã được chấp nhận và
sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Giao thức HART được xây dựng dựa trên nguyên tắc phất huy tính ưu việt của tín hiệu dòng 4-20mA
cho các cảm biến chuyển đổi đo lường thông minh. Nó được đặc biệt áp dụng cho các thiết bị sử dụng
tín hiệu ra dạng dòng 4-20mA truyền thống. Giao thức HART cho phép giữa lại tính ưu việt của tín hiệu
dòng 4-20mA, đồng thời cho phép khả năng giao tiếp tín hiệu số hai chiều mà không làm ảnh hưởng
đến các tính năng đo lường của tín hiệu 4-20mA. Khác với các công nghệ truyền tín hiệu số khác, thiết
bị sử dụng giao thức HART vẫn có thể được sử dụng tương thích với các hệ thống sử dụng tín hiệu 4-
20mA truyền thống, và do đó cung cấp cho người sử dụng một giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề
tương thích giữa hệ thống cũ và công nghệ mới. Vì những lý do đó, HART đang được biết đến như và
sự nâng cấp số hóa việc truyền thông sử dụng tín hiệu 4-20mA truyền thống.

2. Việc ra đời và ứng dụng giao thức HART là công nghệ rất quan trọng cho cả các nhà sản xuất và người
sử dụng, và là bước tiến dài trong cuộc cách mạng trong đổi mới công nghệ điều khiển quá trình, thông
qua việc nâng cao khả năng của các thiết bị đo lường và điều khiển. Nó giúp cho các thiết bị trở nên
“thông minh” hơn. Đồng thời mang lại cho tín hiệu 4-20mA truyền thống một vai trò mới. Ngoài việc tiếp
tục cho phép thiết bị thực hiện chức năng đo lường với tín hiệu dòng 4-20mA, HART cho phép thiết bị có
khả năng giao tiếp và xử lý các thông tin liên quan tới biến đo lường, thông số thiết bị, cấu hình thiết bị,
căn chỉnh và tự động dò tìm và báo lỗi. Từ đó cung cấp cho hệ thống điều khiển trung tâm them các
thông tin và công cụ để quản lý hệ thống.
Hiện nay đã có một số lượng lớn các thiết bị của các nhà sản xuất thiết bị danh tiếng sử dụng công nghệ
này và chắc chắn con số đó sẽ ngày một nhiều hơn. Vì ngoài các tính năng ưu việt của công nghệ mới,
HART cho phép người ta giữ lại và tiếp tục giao tiếp được với các thiết bị hiện hữu trong hệ thống.
Ngoài ra, các thiết bị sử dụng HART cũng đã chứng minh được tính ưu việt trong thực tế qua sự tiện lợi,
đơn giản trong lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng, góp phần cải thiện đáng kề hiệu quả của hệ thống và
tạo điều kiện tuân thủ theo các tiêu chuẩn quốc tế như: ISO 9000, OSHA, EPA, DOT... Đồng thời góp
phần vào giảm chi phí giá thành và nâng cao năng suất lao động. Hiện nay có khoảng 4 triệu thiết bị đã
và đang được lắp đặt trên thê giới.
Thế nào là giao thức HART?
HART – Highway Addressable Remote Transducer – Tạm dịch là thiết bị chuyển đổi từ xa tốc độ cao
theo địa chỉ. Giao thức HART sử dụng tiêu chuẩn Bell 202 Frequency Shift Keying (FSK) để thực hiện
việc số hóa tín hiệu dựa trên nền tín hiệu 4-20mA như trong hình 1 và 2. Điều này cho phép khả năng
giao tiếp hai chiều để truyền tải/tiếp nhận thêm được các thông tin đến/từ thiết bị cảm biến thông minh.

3. Giao tiếp HART sử dụng tốc độ truyền thông 1200bps nên không làm ảnh hưởng đến tín hiệu 4-20mA
được truyền trên cùng một đường dây và cho phép hai hay nhiều hơn các dự liệu số được trao đỏi giữa
hẹ thống điều khiển/hiển thị trung tâm với thiết bị cảm biến. Vì tín hiệu số FSK là lien tục về pha và
không gây nhiễu cho tín hiệu 4-20mA.
HART là giao thức truyền thống dạng chủ/tớ (Master/Slaver), có nghĩa là thiết bị tại hiện trường (slaver)
chỉ có thể giao tiếp với Master. HART có thể được sử dụng trong các chế độ truyền thông khác nhau để
truyền tải thông tin từ/tới các cảm biến thông minh và hệ thống điều khiển/giám sát trung tâm. HART
cung cấp tới hai Master (sơ cấp và thứ cấp) như trong hình 3. Điều đó cho phép Master thứ cấp như
thiết bị giao tiếp căn chỉnh bên ngoài có thể được sử dụng để giám sát/cấu hình lại Slaver-thiết bị cảm
biến mà không làm ảnh hưởng tới Master sơ cấp - Hệ thống điều khiển/giám sát trung tâm. Ứng dụng
thường gặp nhất của HART là chế độ giao tiếp Master/slaver đồng thời với vieecj truyền tải tín hiệu 4-20
mA như trong hình 4. Giao thức HART cho phép tất cả những giao tiếp tín hiệu số với thiết bị hiện
trường như điểm-tới-điểm hoặc mắc nối tiếp – multidrop. Hình 5 là một ví dụ về sự giao tiếp của HART.
Dù cũng có thể nâng cấp lên một tốc độ truyền thông cao hơn, nhưng thông thường thì chế độ truyền
thông điểm-tới-điểm được áp dụng rộng rãi hơn.
Do khả năng ứng dụng cấu hình nối tiếp multidrop, việc lắp đặt cho các thiết bị có HART sẽ giảm được
đáng kế về mặt chi phí do nhiều thiết bị có thể được đấu vào trên cùng một cặp dây. Tuy nhiên cấu hình
này chỉ giới hạn trong việc truyền thông số vì tín hiệu tương tự 4-20mA là cố định. Do đó thông thường
chỉ sử dụng cấu hình nối tiếp trong trường hợp có yêu cầu tiết kiệm dây tại khoảng cách dài, khi đó ta có
thể sử dụng một cặp dây cho tất cả các tín hiệu thay vì rất nhiều cặp dây chạy song song như trong hình
6.

4. HART Command Set được tổ chức thành 3 nhóm và cung cấp khả năng truy cập đọc/viết các thông tin
từ/vào các thiết bị cảm biến:
Universal Command phải được thực hiện bởi các thiết bị dùng HART và cung cấp khả năng giao tiếp lẫn
giữa cá thiết bị của các hang khác nhau sử dụng công nghệ này. Universal Command cung cấp khả
năng truy cập các thông tin chung hữu dụng cho vận hành thiết bị như: tên nhà sản xuất, tên thiết bị, số
hiệu, mô tả, dải đo, biến đo.
Commond Practice Command cung cấp các chức năng có thể thực hiện bởi một số thiết bị nhưng không
phải là tất cả.
Device Specific Command cung cấp các lệnh đặc biệt cho mỗi thiết bị cụ thể.
Hình 7 liệt kê các thông tin có thể có được từ các thiết bị trên. Sự tích hợp của HART là rất chặt chẽ vì
trạng thái thông tin được gộp trong mỗi bản tin và việc kiểm tra lõi truyền thông được thực hiện tại mỗi
gaio tiếp. Mỗi bản tin có thể truyền tải được thông tin liên quan tới 4 biến quá trình và mỡi thiết bị có thể
xử lý được 256 biến quá trình.

5. Device Description Language (DDL) – ngôn ngữ mô tả thiết bị, một cải tiến của công nghệ HART trong
thời gian gần đây đã làm tăng them tính linh hoạt trong ứng dụng của thiết bị, thể hiện ở hình 8. DDL
cung cấp cho thiết bị (slaver) khả năng cho phép cập nhật mô tả thiết bị đó với tất cả các thông tin đặc
tính liên quan và do đó có thể giao tiếp với bất kỳ Master nào có sử dụng cùng ngôn ngữ. Điều này giúp
cho các thiết bị căn chỉnh cầm tay (hand-held) có thể giao tiếp với rất nhiều các thiết bị của các hãng
khác nhau, cứ miễn là có sử dụng cùng ngôn ngữ DDL.
Các lợi ích HART mang lại?
Sự đơn giản của giao thức HART đã tạo điều kiện thuận lợi cho cả nhà sản xuất và người sử dụng trong
việc có được các kinh nghiệm và lợi ích của khả năng giao tiếp hai chiều của các thiết bị cảm biến thông
minh sử dụng công nghệ này. Khả năng xử lý nhanh và nhiều dữ liệu, hiệu quả với khả năng truyền xa,
tự dò tìm và báo lỗi thiết bị, giảm chi phi giá thành, khả năng lắp mạng nối tiếp, linh hoạt trong việc thay
đổi cấu hình và thông số cài đặt, xử lý tín hiệu số chính xác là nyh]ngx ưu việt có được ở các thiết bị sử
dụng công nghệ HART. Ngoài ra sự tương thích với tín hiệu 4-20 mA truyền thống sẽ khiến cho các nhà
đầu tư dễ dàng hơn trong việc nâng cấp hệ thống mà vẫn bảo vệ được các khoản đầu tư trước đó vào

6. hệ thống hiện hữu và vẫn có được sự ưu việt của công nghệ truyền thông số.
Ưu điểm của giao tiếp sử dụng công nghệ HART đã được chứng minh qua thực tế sử dụng ở chi phí
cho việc lắp đặt, chạy thử, vận hành và bảo dưỡng. Các thiết bị sử dụng công nghệ HART hiện đang
được sử dụng rỗng rãi ở trong các ứng dụng khác nhau. Từ xử lý hóa chất/dầu khí, hệ thống phân phối
khí, dầu và các trạm điều khiển giám sát từ xa. Tính ưu việt đã thể hiển ở việc thu thập dữ liệu, điều
khiển giám sát và bảo dưỡng. Hiện đã có khoảng 1,4 triệu công trình sử dung các thiết bị loại này. Dưới
đây là sự tóm lược các nguyên nhân giải thích sự thành công trên:
- Với một số lượng lớn đang tăng lên không ngừng các thiết bị sử dung HART trên thê giới, HART là
chuẩn truyền thông “mở” và đang được chuẩn hóa cho công nghiệp. Người sử dụng có thể tự do lựa
chọn đúng sản phẩm cho ứng dụng của mình và việc tương thích sẽ luôn được đảm bảo.
- Tương đối dễ hiểu và sử dụng, HART cho phép truy cập một số lượng lớn thông tin có trong thiết bị
cảm biến thông minh, HART cho phép thiết bị có thể được trang bị thêm các công cụ mạnh hơn như:
thuật toán điều khiển PID, tự dò lỗi, và tính năng đo lường mới. Và việc giao tiếp giữa thiết bị avf con
ngườu cũng rất dễ dàng thông qua các thiết bị căn chỉnh cầm tay mà không làm ảnh hưởng đến hoạt
động bình thường của thiết bị.
- HART là giải pháp công nghệ không có rủi ro, đối với việc vận hành và bảo dưỡng là rất dễ dàng, mọi
sự lo lắng về việc đảm bảo giữ cho hệ thống hoạt động bình thường trong khoảng thời gian bảo dưỡng
là không cần thiết vì trong suốt quá trình đó tín hiệu 4-20 mA vẫn được duy trì liên tục, không có việc
tháo/lắp lại thiết bị. Ngoài ra khả năng giao tiếp hai chiều đã đóng góp lớn vào việc cải thiện hiệu quả
hoạt động của nhà máy.
- Cuối cùng, trong trường hợp cần thiết và phù hợp, thiết bị dùng HART có thể được đấu nối theo cấu
hình nối tiếp (Multidrop) để giảm chi phí cho việc lắp đặt.
Ở Việt Nam, các thiết bị dùng công nghệ HART đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc
biệt là trong lĩnh vực dầu khí, các thiết bị thường gặp là các Pressure Transmitter, Level Transmitter,
Temperature Transmitter, Density Transmitter, Flow Transmitter...của Yokogawa (Japan), Emerson
Process Managerment (American), các Flame/Gas/Smoke Detector của Detronics (American).
(Trích từ Internet)