HART Communication Protocol
Didalam dunia industri, dikenal beberapa protokol komunikasi. Beberapa yang paling umum digunakan adalah komunikasi analog (4 mA -20 mA), komunikasi HART, kominikasi MODBUS, komunikasi PROFIBUS. Pada bagian ini, saya akan mencoba menjelaskan 3 protokol komunikasi, yaitu HART, Modbus, dan Profibus. Saya secara teoritis tidak begitu paham ilmunya wkwk mungkin saya akan coba jelaskan secara praktikal saja menggunakan software TIA Portal V.16 dengan bantuan level transmitter radar LR 250 Siemens sebagai inputnya.
Protokol Komunikasi HART
Highway Addresable Remote Transducer (HART) merupakan protokol komunikasi yang menggunakan 2 komunikasi sekaligus ; yaitu komunikasi analog (4 mA- 20 mA), dan komunikasi digital FSK (frequency shift keying).
Prinsipnya adalah sebagai berikut : 4 mA-20 mA merupakan sinyal analog biasa pada umumnya. Ketika kita menggunakan transmitter level dengan span 0 m - 10 m, maka 0 m setara dengan 4 mA, 5 m setara dengan 12 mA, dan 10 m setara dengan 20 mA (linear).
Protokol HART menggunakan sinyal analog 4-20mA sebagai sinyal yang ditumpangi dari hasil mengkonversi pengukuran di Transmitter. Kemudian protokol HART yang menumpang dijalur analog 4-20mA menggunakan modulasi digital untuk berkomunikasi dengan cara mengirimkan data serial yang di modulasi dengan FSK (Frequency Shift Keying). Data analog di konversi kedalam digital kemudian dikirimkan melalui serial line dan dimodulasi. Sebelumnya, FSK adalah sebuah metode penyisipan data melalui gelombang sinyal dengan cara menyisipkan frekuensi. pada komunikasi HART, Frekuensi yang digunakan adalah 2200 Hz dan 1200Hz. frekuensi 2200Hz diterjemahkan sebagai ‘0’ dan 1200Hz diterjemahkan sebagai ‘1’.
 |
| HART signal |
note : 4-20mA bukanlah HART protokol melainkan Analog Signaling Standard (juga terdapat 10-50mA), dan HART menggunakan 4-20mA untuk salah satu signaling nya.
Percobaan komunikasi HART
 |
| from left to right : PLC, Remote I/O and HART module, Scalance Hub |
 |
| Remote I/O and HART Module |
Setiap kali kita ingin menggunakan protokol komunikasi, yang perlu diingat adalah bahwa kita harus mempunyai modul komunikasi yang melekat pada PLC. Disini saya menggunakan modul komunikasi HART dengan seri 6ES7134-6TD00-0CA1 yang melekat pada remote I/O ET 200 SP. Modul ini sebenarnya seperti modul analog input, namun memiliki fitur HART. Jadi yang perlu diingat bahwa tidak semua modul analog input dapat digunakan untuk komunikasi secara HART.
 |
| 6ES7134-6TD00-0CA1 pin input |
Berdasarkan datasheet modul AI HART ini, dapat dilihat bahwa satu modul ini dapat menerima 8 input analog dengan rincian : 4 input HART dan 4 input analog. Untuk wiringnya sama seperti biasa menggunakan looping 2 wire transmitter. Disini level transmitter kita hubungkan ke pin UV0 dan I0+ (channel 0).
Ciri khas HART
Pada komunikasi HART, dikenal 4 istilah variabel :
1. Primary Variable
2. Secondary Variable
3. Tertiary Variable
4. Quaternary Variable
Setiap transmitter mempunyai 4 variabel tersebut. Kita ambil contoh pressure transmitter yang bisa digunakan untuk aplikasi mengukur tekanan, mengukur level fluida, mengukur laju aliran, dan mengukur volume fluid yang telah melewati aliran. Primary variable transmitter tersebut belum tentu merupakan tekanan, tapi bisa jadi level, laju aliran, atau bahkan fluid's volume. Jadi variabel primary, secondary, atau tertiary itu dapat dilihat pada settingan transmitter. Untuk level transmitter, nanti mungkin akan saya jelaskan variabelnya.
TIA Portal V.16
Seperti biasa, langkah yang dilakukan adalah :
1. Konfigurasikan PLC, remote I/O, dan semua fisik module yang ada
 |
| Remote I/O Module (left) and HART Analog Input Module (right) |
2. Enable/centang semua parameter pada modul HART
 |
| HART Configuration |
Klik kanan pada modul HART --> pilih properties --> Pilih Input 0-3 --> pilih Input --> Pilih channel 0 --> centang semua variabel dan HART function di pilihan paling bawah
3. Atur tag data yang mau diambil
Pada satu modul HART, maksimal ada 8 input. Yang bisa diambil datanya secara HART hanya 4 input, karena 4 input lainnya hanya bisa 4-20 mA. Satu input punya 4 variabel, sehingga total variabel adalah sebanyak 4 x 4 = 16 variabel. Namun HART membatasi bahwa dari 4 input, tidak semua variabel dapat diambil datanya. HART hanya mampu mengambil maksimal 4 data, biasanya data penting berupa primary variabel. Jadi kalau misalnya ada 4 transmitter terhubung ke modul HART, kita maksimal hanya bisa mengambil 4 primary variable dari masing2 transmitter. Kalau misalnya yang terhubung cuman 2 transmitter? Ya kalian bisa pilih mau narik 2 data lainnya berupa apa. Misalnya kita mau secondary variable transmitter tersebut ditarik ya juga bisa.
Setting HART Tag dengan variabel apa yang mau kita ambil. Disini karena saya hanya mau mencoba dengan 1 transmitter level, maka saya mengambil 4 variable tranmistter tersebut.
 |
| 4 variabel maksimum untuk 1 modul HART |
4. PLC Tag
 |
| PLC Tag |
Pada plc tag, biasanya akan muncul secara otomatis 4 tag : PV, SV, TV, dan QV. Untuk nomor tag nya akan muncul secara otomatis dan bisa kita edit.
5. Radar Tranmsitter LR 250
Pada level transmitter pada umunya, ada 5 istilah penting yang sering digunakan. Ada level, space, distance, span, dan blanking
 |
| Important Parameters on Level Transmitter |
Level adalah ketinggian fluida (from bottom to blanking point)
Distance adalah jarak total dari tranmitter ke dasar wadah fluida
Space adalah jarak dari dasar fluida ke maksimum span / Space = Span - level
span adalah jarak dari dasar fluida ke blanking point
Blanking point adalah titik minimum ke nilai batas transmitter. Rata-rata nilai blanking level transmitter di kisaran 0,5 meter. Maksudnya adalah, ketika jarak total dari transmitter ke dasar tangki adalah 10 meter, maka ketika tinggi fluida melebihi 9.5 meter, maka transmitter akan error. Ini seperti treshold value jarak terdekat maksimum yang dapat memburamkan pembacaan transmitter. Disini saya seeting blanking point sebesar 0,5 meter.
Pada LR250, saya setting distance sebesar 1,85 meter.
 |
| LR 250 menggunakan papan penghalang sebagai pengganti fluida |
Hasil Percobaan
Oiya seperti yang sudah saya bilang pada bagian sebelumnya, kegunaan modul komunikasi itu adalah agar PLC langsung menerima sekotak informasi tanpa perlu menerjemahkan sinyal dari transmitter. Sehingga disini saya tidak perlu menggunakan program ladder.
 |
| Hasil monitoring TIA Portal |
Berdasarkan hasil pembacaan level transmitter di atas, diperoleh nilai PV = 0,744. PV di atas merupakan level terbaca. Sementara diperoleh nilai SV = 1,35. Nilai PV adalah level fluida, sementara nilai SV adalah variabel span , dan TV = 1,85 merupakan variabel distance (span + blanking space). Untuk mengganti variabel ini, kita harus setting transmitter langsung secara manual.
 |
| pembacaan level transmitter |
Dapat dilihat, transmitter juga menampilkan primary variable yaitu level. Tanda panah pada transmitter menandakan bahwa data transmitter sedang dikirim ke PLC. Kesamaan nilai pembacaan transmitter dengan nilai monitoring yang ditampilkan PLC menandakan bahwa pertukaran informasi dengan modul komunikasi HART telah berhasil.
