HART Kommunikator vs. HART Kalibrator: Die wichtigsten Unterschiede

Wir wollten über ein oft diskutiertes, aber schlecht verstandenes Thema schreiben: den Einsatz eines HART-Kommunikators zur Kalibrierung und Justierung eines HART-Transmitters. Viele glauben, dass man mit einem HART-Kommunikator HART-Transmitter kalibrieren und
justieren kann, aber das ist nicht der Fall. Für die Transmitterkalibrierung wird immer ein Kalibrator (oder eine Art rückverfolgbaren Referenzstandard) benötigt.

Warum ist das so, und was sind die Unterschiede zwischen einem HART-Kommunikator und einem HART-Kalibrator? Diese und viele weitere verwandte Themen werden in diesem Blog behandelt. Wenn das interessant klingt, lesen Sie gerne weiter.

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Inhalte

• Definition Kalibrierung 
• HART-Protokoll
• HART-Transmitter
• HART-Kommunikator
• HART Kalibrator 
• HART-Kommunikator vs. HART-Kalibrator 
• HART-Transmitter-Kalibrierung Video
• Häufige Fehler und deren Vermeidung
• Zusammenfassung 
• Die Beamex Lösung

Definition Kalibrierung

Zunächst einmal meinen wir in diesem (oder in jedem anderen) Zusammenhang, wenn wir von Kalibrierung sprechen, eine rückführbare messtechnische Kalibrierung, bei der das zu prüfende Gerät (DUT), z. B. ein Transmitter, mit einem genaueren, messtechnisch rückführbaren Referenzstandard, oft als Kalibrator bezeichnet, verglichen und die Ergebnisse
dokumentiert werden.

Dies entspricht der internationalen Definition der Kalibrierung durch das Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). Dazu können Sie sich auch auf unsere Seite „Was ist Kalibrierung?“ weiter informieren.

Bitte beachten Sie, dass das Wort Kalibrierung manchmal auch verwendet wird, um den Prozess der Änderung von Transmitterparametern oder der Justierung eines Instruments oder für andere Zwecke zu beschreiben. Das kann verwirrend sein. Wenn Sie also Leute über Kalibrierung sprechen hören, überprüfen Sie bitte, was sie meinen.

HART-Protokoll

Es wird davon ausgegangen, dass die meisten Leser mit dem HART-Protokoll vertraut sind, aber für diejenigen, die es nicht kennen, hier eine kurze Zusammenfassung:

Das Highway Addressable Remote Transducer (HART)-Protokoll ist ein weit verbreiteter Kommunikationsstandard in der Prozessautomatisierungsindustrie und ermöglicht die
gleichzeitige analoge und digitale Datenübertragung über dieselben Leitungen. HART verbessert ältere 4–20-mAAnalogsignale, indem ein digitales Signal mithilfe der
Frequenzumtastung (Frequency Shift Keying, FSK) über das analoge Signal gelegt wird. Dadurch sind HART-Transmitter mit bestehenden analogen Steuersystemen kompatibel und
bieten gleichzeitig fortschrittliche digitale Kommunikationsfunktionen für Diagnose, Datenzugriff und Konfiguration.

Detailliertere Informationen zum HART-Protokoll finden Sie in der Erklärung der FieldComm Group.

HART-Transmitter

Als nächstes besprechen wir den Aufbau eines HART-Transmitters, dieser ist auf folgender Abbildung dargestellt.

Hier eine kurze Erläuterung des obigen Bildes:

• Im Eingangsbereich wird das tatsächlich gemessene Signal (Druck, Temperatur, Durchfluss usw.) in den A/D-Wandler eingespeist, der das analoge Eingangssignal in ein digitales
  Format umwandelt. Die am häufigsten verwendete Variable ist die primäre Variable (PV). Der Eingangsbereich kann mit der Sensor-Trimmfunktion im Transmitter angepasst/ justiert werden.
• Das digitale PV-Signal durchläuft dann ein Umwandlungsmodul, wo es auf unterschiedliche Weise umgewandelt werden kann. Sie können den Reichweite des Transmitters (der Eingangswert, der dem 4- und 20-mAAusgang entspricht), die Übertragungsfunktion, die Dämpfung und viele weitere Einstellungen konfigurieren. Dieser konfigurierte Ausgang, im Bild mit AO (Analogausgang) gekennzeichnet, ist die digitale Darstellung des analogen mA-Ausgangs. Bitte beachten Sie, dass das AO immer noch in digitalem Format vorliegt; es handelt sich nicht um das tatsächliche analoge Ausgangssignal des Transmitters.
• Das digitale AO-Signal geht dann zum Ausgangsbereich, einem D/A-Wandler, der das digitale Signal in ein genaues analoges mA-Signal umwandelt. Der Ausgangsbereich kann
  mit der analogen Trimmfunktion angepasst/justiert werden.
• Die Genauigkeit eines HART-Transmitters hängt von all diesen Bereichen ab, da sie in Reihe geschaltet sind.

Weitere Informationen zu HART-Transmittern finden Sie in diesem älteren Artikel: Calibration of a HART transmitter and the most common misconceptions about a HART communicator.

In diesem Artikel finden Sie heraus, warum und wie man WirelessHART-Transmitter kalibriert.

HART-Kommunikator

Ein HART-Kommunikator ist ein tragbares Gerät, das mit HART-Transmittern kommunizieren kann. Der Kommunikator kann zur Konfiguration und Bearbeitung von Parametern in verschiedenen HART-Transmittern verwendet werden, sofern er über die richtigen Gerätebeschreibungsdateien (DD) verfügt. Grundlegende Unterstützung kann mit generischen
HART-Befehlen erreicht werden. Wenn Sie jedoch alle Funktionen unterstützen möchten, benötigen Sie die DD-Datei für das Transmittermodell und die Version, die Sie verwenden.

Zu den beliebtesten HART-Kommunikatoren gehören Emerson 475 und Trex, Yokogawa und Meriam. Typischerweise ist ein HART-Kommunikator nicht in der Lage, Prozesssignale zu erzeugen oder zu messen, zumindest nicht genau genug für Kalibrierzwecke. Wenn Sie also den Transmitter kalibrieren oder justieren möchten, müssen Sie einen separaten Kalibrator verwenden.

Verwirrend ist, dass ein HART-Kommunikator das Analogausgangssignal (AO) lesen kann, das die digitale Darstellung des analogen mA-Ausgangs ist. Er zeigt einen mA-Wert an, sodass es scheint, als könne man das tatsächliche analoge mA-Ausgangssignal des Transmitters messen, aber das ist nicht der Fall.

Wie wir in der Abbildung zuvor gesehen haben, durchläuft das AO-Signal immer noch den analogen Ausgangsbereich, der das digitale AO-Signal in ein echtes analoges mA-Signal umwandelt, das dann der tatsächliche analoge mA-Ausgang des Transmitters ist, der an das Steuersystem gesendet wird.

Das tatsächliche mA-Ausgangssignal des Transmitters entspricht nicht dem digitalen AO-Signal, das Sie mit Ihrem Kommunikator ablesen können. Dies überrascht die Leute oft, wenn sie das tatsächliche mA-Signal mit einem genauen Kalibrator messen und feststellen, dass es nicht mit dem digitalen AO-Signal übereinstimmt. In einigen Fällen haben die Leute sogar die eigentliche Kalibrierung vernachlässigt und sich auf das digitale AO-Signal verlassen, das mit ihrem Kommunikator abgelesen wurde.

Bitte beachten Sie, dass Sie bei Verwendung eines HARTKommunikators auch einen separaten Prozesskalibrator benötigen, wenn Sie genauigkeitsbezogene Aktivitäten wie Kalibrierung oder Justierung durchführen möchten.

HART-Kalibrator

In diesem Artikel verwende ich den Begriff „HART-Kalibrator“, um ein Gerät zu bezeichnen, das einen genauen Prozesskalibrator und einen HART-Kommunikator in einem Gerät vereint.

Mit dem HART-Kommunikator-Bereich können Sie alle HART-Kommunikator-Aktivitäten durchführen, und mit dem Prozesskalibrator-Bereich können Sie eine genaue rückverfolgbare Kalibrierung des Transmitters durchführen.

Beispielsweise können Sie mit einem HART-Kalibrator:

• den Transmitter vom Eingangssignal zum Ausgangssignal kalibrieren
• den Eingangsbereich eines HART-Transmitters kalibrieren und justieren
• den Ausgangsbereich eines HART-Transmitters kalibrieren und justieren

HART-Kommunikator vs. HART-Kalibrator

In einer normalen Prozessanlage gibt es häufig viele HART-Transmitter. Das bedeutet, dass Sie Konfigurationen und Kalibrierungen vornehmen müssen – und für beides benötigen Sie Werkzeuge. Sie können entweder separate Werkzeuge (einen Kommunikator und einen Kalibrator) oder ein integriertes Werkzeug (ein Gerät, das sowohl einen Kommunikator als auch einen Kalibrator enthält) verwenden.

Einer der Hauptvorteile der Verwendung eines integrierten Werkzeugs wie des Beamex MC6 Zukunftsweisender Feldkalibrator und Kommunikator besteht darin, dass Sie nur ein Gerät mitnehmen müssen. Wenn Sie einen HART-Transmitter justieren, müssen Sie die Messwerte des Kalibrators in den Kommunikator eingeben. Mit dem MC6 können Sie diese einfach kopieren und einfügen. Wenn Sie separate Werkzeuge verwenden, müssen Sie den
Kalibratorwert manuell ablesen und in den Kommunikator eingeben.

HART-kompatible Schleifenversorgung

Beachten Sie, dass Sie bei der Arbeit mit HART-Transmittern auch eine HART-kompatible Schleifenversorgung benötigen, damit der Transmitter arbeiten kann. Kalibratoren verfügen
in der Regel über eine integrierte Schleifenversorgung, dies ist jedoch nicht bei allen HART-Kommunikatoren der Fall.

Daher benötigen Sie möglicherweise eine separate Schleifenversorgung, um den Transmitter in Betrieb zu nehmen. Und die Versorgung muss HART-kompatibel sein, d. h. sie muss eine geeignete Impedanz (nominal 250 Ohm) aufweisen, damit die HART-Kommunikation funktioniert.

Wenn Sie einen HART-Kalibrator mit einer HART-kompatiblen Schleifenversorgung verwenden, benötigen Sie keine zusätzliche Impedanz. In einigen Fällen können Sie die Versorgung aus dem Steuersystem verwenden.

Video zur Kalibrierung des HART-Transmitters

Wie Sie einen HART-Transmitter kalibrieren und justieren, erfahren Sie in diesem Video:

In diesem Video verwendet Mike den Beamex MC6 und verwendet zunächst den Kalibrator, um einen HARTDrucktransmitter zu kalibrieren, wobei er feststellt, dass dieser außerhalb der zulässigen Toleranz liegt, d. h. der Fehler ist zu groß. Mike justiert dann den Transmitter, indem er sowohl die Sensorjustierung als auch die analoge Justierung mit der HART-Kommunikator- und Kalibratorfunktion des MC6 durchführt. Abschließend kalibriert er den Transmitter und stellt fest, dass er innerhalb der zulässigen Toleranzgrenzen liegt.

Wenn Sie diese Aufgaben mit einem HART-Kommunikator durchgeführt haben, benötigen Sie einen zusätzlichen Kalibrator für die Druck- und Stromsignale. Außerdem benötigen Sie eine HART-kompatible Schleifenversorgung. Und Sie müssten die Messwerte manuell zwischen Kalibrator und Kommunikator übertragen. Ganz zu schweigen davon, dass Sie mindestens zwei Geräte mit sich führen müssen.

Häufige Fehler und deren Vermeidung

Abschließend finden Sie hier eine kurze Liste einiger häufiger Fehler, die bei der Verwendung von HART-Kommunikatoren und HART-Kalibratoren gemacht werden, sowie einige Lösungsvorschläge.

1. Die Konfiguration mit der Kalibrierung verwechseln

• • Fehler: Zu glauben, die Einstellung oder Änderung von Parametern in einem HART-Transmitter mit einem HART-Kommunikator sei gleichbedeutend mit einer Kalibrierung.
  • Lösung: Verwenden Sie einen rückverfolgbaren Kalibrator, um Genauigkeit und Konformität mit Standards zu gewährleisten.
    
    

2. In das digitale AO-Signal als genaue Ausgangsmessung zu vertrauen

• • Fehler: Anzunehmen, dass das von einem HART-Kommunikator gelesene digitale Analogausgangssignal (AO) das tatsächliche analoge mA-Signal genau wiedergäbe.
  • Lösung: Erinnern Sie sich, dass sich das digitale AO-Signal vom tatsächlichen analogen mA-Ausgang unterscheidet, und verwenden Sie einen genauen Kalibrator.
    
    

3. Keine geeignete Schleifenversorgung verwenden

• • Fehler: Zu versuchen, ein HART-Gerät zu kalibrieren oder zu konfigurieren, ohne eine HART-kompatible Schleifenversorgung bereitzustellen, was zu Kommunikationsproblemen führt.
  • Lösung: Verwenden Sie einen HART-Kalibrator mit integrierter Schleifenversorgung oder stellen Sie eine ordnungsgemäße externe Versorgung mit kompatibler Impedanz sicher.
    
    

4. Manuelle Eingabefehler bei Verwendung von separaten Werkzeugen
   

• • Fehler: Die manuelle Übertragung von Messwerten zwischen separaten Kommunikatoren und Kalibratoren kann zu Fehlern führen.
  • Lösung: Verwenden Sie integrierte Werkzeuge wie HART-Kalibratoren, die eine direkte Datenübertragung oder -kopie ermöglichen.
    
    

5. Überspringen von Sensor- und analogen Justierungsstufen

• • Fehler: Davon auszugehen, dass nach der Konfiguration eines Transmitters keine weitere Kalibrierung oder Justierung erforderlich ist.
  • Lösung: Kalibrieren Sie den Transmitter und führen Sie ggf. eine Sensorjustierung und eine analoge Justierung durch.
    
    

6. Sich auf veraltete DD-Dateien zu verlassen

• • Fehler: Verwendung eines HART-Kommunikators mit veralteten Gerätebeschreibungsdateien (DD), die die Funktionalität oder Kompatibilität möglicherweise einschränken.
  • Lösung: Aktualisieren Sie regelmäßig DD-Dateien aus zuverlässigen Quellen, um die Kompatibilität mit neuen Geräten und Funktionen sicherzustellen.
    
    

7. Kalibrierdokumentation übersehen

• • Fehler: Vernachlässigung der Dokumentation der Kalibrierergebnisse, kann zu Nichtkonformität oder schlechter Rückverfolgbarkeit führen.
  • Lösung: Verwenden Sie Dokumentationskalibratoren und Kalibriersoftware, um Kalibrierdaten digital zu speichern und zu verwalten.

Zusammenfassung

Bei der Wartung und Kalibrierung von HART-Transmittern benötigen Sie sowohl einen HART-Kommunikator als auch einen Prozesskalibrator. Sie entscheiden, ob Sie separate Geräte verwenden oder ein Gerät, das sowohl einen Kommunikator als auch einen Kalibrator enthält.
Ich persönlich bevorzuge ein Gerät wie den Beamex MC6, weil er beides beinhaltet.

Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der wichtigsten Funktionsunterschiede zwischen einem HART-Kommunikator und einem HART-Kalibrator:

Die Beamex Lösung

Die Beamex MC6-Familie der Zukunftsweisenden Feldkalibratoren und Kommunikatoren umfasst Kalibratoren mit einem optionalen integrierten HARTKommunikator, einschließlich einer HART-kompatiblen Schleifenversorgung.

Bei Geräten der MC6-Familie sind der Kommunikator und der Kalibrator physisch in dasselbe Gerät integriert und können miteinander kommunizieren, was bedeutet, dass auch ihre Funktionen integriert sind. Und da der MC6 auch ein dokumentierender Kalibrator ist, werden Ihre Kalibrierungen digital dokumentiert, sodass Sie die Ergebnisse einfach an Ihre Kalibriermanagementsoftware übertragen können.

Die HART-DD-Dateien der Geräte der MC6-Familie können kostenlos im Download-Center auf der Beamex Website aktualisiert werden. DD-Pakete werden regelmäßig aktualisiert, wenn neue DD-Dateien von der FieldComm Group veröffentlicht werden. Neben der Unterstützung des HART-Protokolls unterstützen die Geräte der MC6-Familie auch die FOUNDATION Fieldbus- und Profibus PA-Kommunikation.

Für potenziell gefährliche Umgebungen bieten wir den MC6-Ex Eigensicherer Zukunftsweisender Feldkalibrator und Kommunikator an. Der MC6-Ex kombiniert einen Kommunikator und einen Kalibrator in einem eigensicheren Gerät, was auf dem Markt eine Seltenheit ist.

Alle Beamex HART-Kommunikator-Produkte finden Sie hier.

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