ہارٹ پروٹوکول: آرکیٹیکچر، ورکنگ اور اس کی ایپلی کیشنز

اس وقت میں صنعتی آٹومیشن مختلف قسم کے سمارٹ فیلڈ ڈیوائسز کا استعمال کیا جاتا ہے لیکن انڈسٹری کے اندر حکام یا فیلڈ انجینئرز کے لیے ہر ڈیوائس کی نگرانی کرنا بہت مشکل ہے۔ لہذا عام طور پر، اس قسم کی نگرانی سمارٹ آلات کے ساتھ حاصل کی جاتی ہے، جو صنعت کے اندر اور باہر مختلف منسلک آلات کے درمیان بڑے مانیٹرنگ سسٹم میں ڈیٹا کی منتقلی کی اجازت دیتے ہیں۔ لہذا، HART پروٹوکول 1980 میں متعارف کرایا گیا تھا اور بیل 202 کے معیارات پر بنایا گیا تھا۔ یہ پروٹوکول ایک صنعتی معیار بن گیا ہے، لہذا صنعتی آٹومیشن میں استعمال ہوتا ہے۔ لہذا، یہ مضمون ایک جائزہ پر بحث کرتا ہے ہارٹ پروٹوکول - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔

ہارٹ پروٹوکول کیا ہے؟

ہارٹ پروٹوکول میں ہارٹ کی اصطلاح 'ہائی وے ایڈریس ایبل ریموٹ ٹرانسڈیوسر' کے لیے ہے جو کہ ایک کھلا معیاری پروٹوکول ہے جو دنیا بھر میں سمارٹ ڈیوائسز کے درمیان اینالاگ وائرنگ کے ساتھ ڈیجیٹل ڈیٹا کی ترسیل اور وصول کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ کنٹرول سسٹمز . یہ پروٹوکول بہت مقبول ہے، اس لیے پوری دنیا میں 30 ملین سے زیادہ ڈیوائسز HART پروٹوکول سے چلتی ہیں۔ اس پروٹوکول کا استعمال ہوسٹ سسٹمز کے ساتھ ساتھ صنعتوں میں سمارٹ فیلڈ ڈیوائسز کے درمیان کمیونیکیشن قائم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔

ہارٹ پروٹوکول نے پرانے 4-20 ایم اے پر مبنی اینالاگ پروٹوکول کو سپورٹ کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے زیادہ مقبولیت حاصل کی، جس میں ڈیجیٹل سمارٹ آلات کے بڑے فوائد بھی شامل ہیں۔
یہ پروٹوکول فزیکل کنکشن ٹیکنالوجی کی وضاحت کرتا ہے اور مختلف ایپلی کیشنز کے ذریعے استعمال کردہ کمانڈز کو بھی بیان کرتا ہے۔ ہارٹ کمانڈز تین قسم کے ہیں یونیورسل، کامن پریکٹس اور ڈیوائس اسپیسیفک۔
یونیورسل قسم کے کمانڈز تمام HART آلات کے ذریعے لاگو ہوتے ہیں۔ یہ کمانڈز بنیادی طور پر کنٹرولر کے ذریعے فیلڈ ڈیوائس کی شناخت کے ساتھ ساتھ عمل کے ڈیٹا کو پڑھنے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔

کامن پریکٹس ٹائپ کمانڈز کا استعمال مختلف فنکشنز کو بیان کرنے کے لیے کیا جاتا ہے جو عام طور پر صرف فیلڈ ڈیوائسز پر لاگو ہوتے ہیں۔ ان آلات میں رینج کو تبدیل کرنے، انجینئرنگ یونٹس کا انتخاب کرنے اور خود ٹیسٹ کرنے کے احکامات شامل ہیں۔

ڈیوائس کے لیے مخصوص قسم کے کمانڈز ہر ڈیوائس کے لیے یکساں نہیں ہیں۔ یہ کمانڈز منفرد ترتیب اور ترمیم کے افعال کو انجام دیتے ہیں۔ لہذا، یہ نوٹ کرنا بہت اہم ہے کہ جب مختلف مینوفیکچررز کے آلات بیرونی طور پر اسی طرح کی فعالیت کو نافذ کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، تفریق دباؤ کی پیمائش میں مختلف ہارڈویئر مکمل طور پر اور مختلف ڈیوائس مخصوص کمانڈ سیٹ بھی شامل ہو سکتے ہیں۔

ہارٹ پروٹوکول آرکیٹیکچر

HART پروٹوکول دو نیٹ ورک کنفیگریشنز میں کام کرتا ہے جیسے پوائنٹ ٹو پوائنٹ اور ملٹی پوائنٹ جن پر ذیل میں بات کی گئی ہے۔

پوائنٹ ٹو پوائنٹ نیٹ ورک کنفیگریشن

پوائنٹ ٹو پوائنٹ نیٹ ورک کنفیگریشن میں، ایک واحد پراسیس متغیر کو بات چیت کرنے کے لیے، مقررہ 4–20 ایم اے سگنل استعمال کیا جاتا ہے جبکہ اضافی پروسیس متغیرات، اور ڈیزائن کے پیرامیٹرز کو HART پروٹوکول کے ساتھ ڈیجیٹل طور پر منتقل کیا جاتا ہے۔ لہذا، 4–20 ایم اے اینالاگ سگنل کو ہارٹ سگنل سے تبدیل نہیں کیا جاتا ہے اور اسے عام طریقے سے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ HART کمیونیکیشن ڈیجیٹل سگنل ثانوی متغیرات میں داخلے کا حق فراہم کرتا ہے اور دیگر ڈیٹا کو دیکھ بھال، کمیشننگ، آپریشنز اور تشخیصی مقاصد کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

ملٹی ڈراپ نیٹ ورک کنفیگریشن

یہ نیٹ ورک کنفیگریشن مختلف آلات کو تاروں کے ایک جوڑے کے ساتھ منسلک کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ اس کنفیگریشن میں کمیونیکیشن مکمل طور پر ڈیجیٹل ہے کیونکہ پورے ینالاگ لوپ کرنٹ میں کمیونیکیشن غیر فعال ہے کیونکہ ہر ڈیوائس میں کرنٹ عام طور پر 4mA ڈیوائس کے آپریشن کے لیے کم از کم کافی قدر پر طے ہوتا ہے۔

ہارٹ مواصلات کیسے کام کرتا ہے؟

HART کمیونیکیشن پروٹوکول بیل 202 FSK (فریکوئنسی شفٹ کینگ) کے معیار کو ڈیجیٹل سگنلز کو سپرمپوز کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے جن کی نمائندگی دو مختلف فریکوئنسیوں جیسے 1,200 Hz اور 2,200 Hz کے ساتھ کی جاتی ہے۔ یہاں، 1,200 ہرٹج فریکوئنسی بٹ 1 کی نمائندگی کرتی ہے جبکہ 2,200 ہرٹج فریکوئنسی بٹ 0 کی اسی مناسبت سے نمائندگی کرتی ہے۔

جب ان تعدد کے ساتھ سائن کی لہریں ڈی سی اینالاگ سگنل کیبلز پر لگ جاتی ہیں تو ڈیٹا کی منتقلی ہوتی ہے۔ لہذا، ڈیٹا کی اس منتقلی کے دوران، 4-20 mA سگنل صفر کے برابر فریکوئنسی شفٹ کینگ سگنل کی معیاری قدر کی وجہ سے متاثر نہیں ہوتا ہے۔ یہ پروٹوکول ایک وقت میں دو مواصلاتی چینلز جیسے 4-20 ایم اے اینالاگ سگنل اور ڈیجیٹل سگنلز کو سپورٹ کرتا ہے۔

ینالاگ سگنل 4-20mA موجودہ لوپ کے ساتھ بنیادی پیمائش شدہ قدر کو بتاتا ہے جبکہ اضافی ڈیوائس ڈیٹا کو ڈیجیٹل سگنل کے ذریعے بتایا جاتا ہے جو اینالاگ سگنل پر چڑھا ہوا ہوتا ہے۔
ڈیجیٹل سگنل میں ڈیوائس کی معلومات شامل ہوتی ہیں جیسے ڈیوائس کی حالت، تشخیص، کیلکولیٹڈ ویلیوز وغیرہ۔ اس لیے مشترکہ طور پر، دو کمیونیکیشن چینلز ایک بہت ہی مضبوط اور کم لاگت والا کمیونیکیشن حل پیش کرتے ہیں جس کا استعمال اور تشکیل کرنا بہت آسان ہے۔ اس پروٹوکول کو اکثر ہائبرڈ پروٹوکول کہا جاتا ہے کیونکہ یہ اینالاگ اور ڈیجیٹل کمیونیکیشن دونوں کو یکجا کرتا ہے۔

ہارٹ ٹکنالوجی کو ماسٹر/غلام پروٹوکول کے طور پر الگ کیا جاتا ہے کیونکہ غلام آلہ صرف اس وقت کام کرتا ہے جب ایک ماسٹر ڈیوائس اس سے منسلک ہوتا ہے۔ یہاں، غلام آلہ ایک سمارٹ ڈیوائس ہے، اور ماسٹر ڈیوائس ایک کمپیوٹر ہے۔

ہارٹ پروٹوکول کے طریقے

عام طور پر، ہارٹ پروٹوکول کے اندر رابطے کے لیے، نیٹ ورک کے اندر استعمال ہونے والا آلہ PLC یا تقسیم شدہ کنٹرول سسٹم ہے جسے ماسٹر کے طور پر چنا جاتا ہے جبکہ دیگر فیلڈ ڈیوائسز کو غلام تصور کیا جاتا ہے جیسے کہ سینسرز یا ایکچویٹرز۔ لیکن یہاں آقا اور غلام کے درمیان رابطے کا انحصار بنیادی طور پر مواصلات کے طریقہ کار پر ہوتا ہے جس سے نظام ترتیب دیا گیا ہے۔ ہارٹ پروٹوکول نیٹ ورک دو طریقوں جیسے ماسٹر/سلیو موڈ اور برسٹ موڈ میں بات چیت کرتا ہے۔

ماسٹر/غلام موڈ

اس موڈ کو ریکوئسٹ رسپانس موڈ کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ اس قسم کے موڈ میں، ماسٹر ڈیوائس کی جانب سے درخواست جاری ہونے کے بعد غلام آلات آسانی سے ڈیٹا منتقل کرتے ہیں۔ ہر ہارٹ لوپ کے لیے، دو ماسٹرز کو جوڑا جا سکتا ہے۔ لہذا بنیادی ماسٹر عام طور پر ڈی سی ایس (تقسیم کنٹرول سسٹم)، پی سی (پرسنل کمپیوٹر)، یا پی ایل سی (پروگرام قابل منطق کنٹرولر) ہوتا ہے جبکہ سیکنڈری ماسٹر دوسرا پی سی یا ہینڈ ہیلڈ ٹرمینل ہوتا ہے۔ غلام آلات ایکچیوٹرز، کنٹرولرز، اور ٹرانسمیٹر ہیں جو ماسٹر ڈیوائسز کے حکموں پر رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔

برسٹ موڈ

کچھ HART پروٹوکول سے چلنے والے آلات صرف اس کمیونیکیشن موڈ کو سپورٹ کرتے ہیں۔ یہ موڈ تیز مواصلات کی اجازت دیتا ہے جیسے ہر سیکنڈ کے لیے تین سے چار ڈیٹا اپ ڈیٹس۔ اس موڈ میں ماسٹر ڈیوائس غلام ڈیوائس کو ایک عام ہارٹ جوابی پیغام کو مسلسل منتقل کرنے کی ہدایت کرتا ہے۔ آقا کو تیز رفتاری سے پیغام ملتا ہے جب تک کہ وہ غلام کو پھٹنے سے روکنے کا حکم نہیں دیتا۔ یہ موڈ لاگو ہوتا ہے جہاں ہارٹ لوپ سے بات چیت کرنے کے لیے مذکورہ بالا ایک ہارٹ ڈیوائس ضروری ہے۔

ہارٹ پروٹوکول بمقابلہ موڈبس

HART پروٹوکول اور Modbus کے درمیان فرق میں درج ذیل شامل ہیں۔

فوائد

دی ہارٹ پروٹوکول کے فوائد مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• ہارٹ پروٹوکول کے ذریعے فعال ہونے والے آلات صارفین کو اپنی آپریشنل صلاحیتوں کو بہتر بنانے کے لیے ڈیوائس کو بہترین ڈیٹا استعمال کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔
• یہ سامان کی ناکامی کی وجہ سے ممکنہ پریشانیوں کو پیش آنے سے پہلے پہچان کر ڈاؤن ٹائم کو کم کرتا ہے۔
• یہ انوینٹری کے اخراجات اور آلات کی دیکھ بھال کو کم کرتا ہے۔
• یہ مسئلہ کی شناخت اور مسئلے کے حل کے لیے انتظار کے اوقات کو کم کرتا ہے۔
• یہ اعلی درجے کی تشخیص کا استعمال کرکے حفاظت کی سالمیت کی سطح کو بڑھاتا ہے۔
• HART پروٹوکول کو منتخب کرنے کے فوائد میں بنیادی طور پر شامل ہیں؛ ڈیجیٹل صلاحیت، ینالاگ صلاحیت، دستیابی اور انٹرآپریبلٹی۔
• اس پروٹوکول کو مختلف آلات اور سینسر کے ساتھ بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔
• ہارٹ پروٹوکول پر مبنی آلات صنعتوں میں بڑے پیمانے پر قبول کیے جاتے ہیں۔
• یہ پروٹوکول سسٹم کی دستیابی، ترقی کی باقاعدگی وغیرہ کو بڑھاتا ہے۔

نقصانات

دی ہارٹ پروٹوکول کے نقصانات مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• HART ٹرانسمیشن کے اندر ڈیجیٹل سگنل کافی سست ہے۔
• ملٹی ڈراپ کے انتظام کے لیے، اینالاگ سگنل قابل رسائی نہیں ہے اور نمبر۔ ٹرانسمیشن لائن کو تقسیم کرنے والے آلات پر پابندی ہے۔
• یہ کسی بھی وقت صرف ایک عمل متغیر کی نگرانی کر سکتا ہے۔
• اس قسم کا پروٹوکول دوسرے فیلڈ بس سسٹم جیسے پروفیبس اور فاؤنڈیشن فیلڈ بس کے مقابلے میں کچھ سست ہے۔ لہذا یہ سست رسپانس ٹائم کچھ صنعتی بنیادوں پر ایپلی کیشنز کے اندر کچھ مشکلات کا باعث بنتا ہے۔
• عام طور پر، HART پروٹوکول کی رفتار سادہ نگرانی کے نظام کے لیے کافی ہوتی ہے جہاں بھی عمل کے متغیرات تیزی سے مختلف نہیں ہوتے ہیں۔

ایپلی کیشنز

دی HART پروٹوکول کی درخواستیں مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• HART پروٹوکول دنیا بھر میں سمارٹ ڈیوائسز اور کنٹرول سسٹمز کے درمیان اینالاگ وائرنگ کے ساتھ ڈیجیٹل ڈیٹا کی ترسیل اور وصول کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
• یہ صنعتی آٹومیشن میں استعمال ہونے والا ایک بہت مشہور پروٹوکول ہے۔
• یہ پروٹوکول بنیادی طور پر سمارٹ ڈیوائسز کا تجزیہ کرنے کے لیے ہے۔
• یہ عمل اور آلات کے نظام میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔
• اس قسم کا مواصلاتی پروٹوکول ملٹی وییر ایبل آلات کے لیے مثالی ہے جس میں ماس فلو میٹرز شامل ہیں جہاں بھی حجم کے بہاؤ، بڑے پیمانے پر بہاؤ، کثافت، اور درجہ حرارت کو ایک ہی کیبل پر کنٹرول سسٹم کی طرف مواصلت کیا جا سکتا ہے۔
• یہ پروٹوکول بنیادی طور پر صنعتی عمل کے کنٹرول اور پیمائش کی ایپلی کیشنز میں استعمال کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔
• HART پروٹوکول بنیادی طور پر پراسیس انڈسٹریز میں مختلف آلات کے درمیان مواصلت کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

اس طرح، یہ ایک ہے HART پروٹوکول کا آپریشن . یہ پروٹوکول ایک عالمی معیار ہے جو سمارٹ فیلڈ ڈیوائسز کے ساتھ ساتھ ڈی سی ایس اور پی ایل سی سسٹم جیسے مانیٹرنگ یا کنٹرول سسٹمز کے درمیان اینالاگ تاروں پر ڈیجیٹل ڈیٹا کی ترسیل اور وصول کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ دو طرفہ مواصلاتی پروٹوکول صرف فیلڈ اور میزبان کنٹرولر کے درمیان اضافی ڈیٹا میں داخلے کا حق فراہم کرتا ہے جس میں ہینڈ ہیلڈ ڈیوائس سے لے کر اثاثہ جات کے انتظام کے نظام یا پلانٹ کنٹرولر تک شامل ہیں۔ یہاں ایک سوال ہے: ہارٹ پروٹوکول کی مکمل شکل کیا ہے؟