Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………….. [629481]

Cuprins

Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 1
Capitolul 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 2
Protocolul HAR T ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 2
1.1 Scurt istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 2
1.2 Principiul de funcționare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 2
1.3 Principiul Bell 202 FSK ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 3
1.4 Moduri de comunicare folosite de către protocolul HART ………………………….. ………………………….. ………… 4
1.5 Rețele HART ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 6
1.6 Structura protocolului HART ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 9
1.7 Date tehnice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 11
1.8 Avantajele utilizării aparatelor de câmp cu protocol HART ………………………….. ………………………….. ……… 12
Capitolul 2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 13
Traductorul de pH ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 13
2.1 Structura traductorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 13
2.2 Principiul măsurării pH -ului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 14
2.3 Electrodul de măsură ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 15
2.4 Electrodul de referință ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 16
2.5 Electrozi combinați ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 17
2.6 Adaptorul de pH ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 18
Capitolul 3 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 20
Instrumentul Software PACTware ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 20
3.1 Prezentare generală ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 20
3.2 Proiectarea aplicației de monitorizare a traductorului de pH ………………………….. ………………………….. ….. 21
3.3 Configurarea software pentru dispozitivul HART ………………………….. ………………………….. ……………………. 22
3.4 Conectarea software a traductorului la programul PACTware ………………………….. ………………………….. … 28
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 33
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 34

1
Introducere

Măsurarea concentrației reprezintă o problemă dificilă în reglarea proceselor chimice. Un astfel
de exemplu este dat de măsurarea pH -ului soluțiilor apoase. Această problemă este specifică stațiilor de
epurare a apelor industriale, unde este necesară corec ția pH -ului.
Proiectarea unui sistem de măsurat sau de reglare a pH -ului pornește de la problemele specifice
ale traductorului de pH. Industria oferă diverse tipuri de senzori de pH, o descriere a principiului de
funcționare fiind prezentată în primul ca pitol al lucrării. Structura traductorului de pH include un
adaptor cu structură complexă. Deoarece senzorul are un caracter diferențial, sunt necesare prelucrări
primare ale semnalelor generate de acesta. O problemă deosebită este legată de calculul valor ii pH -ului
și de corecția automată a pH -ului cu temperatura. V olumul și complexitatea calculelor au impus
conversia analog -numeri că a semnalelor generate de senz or pentru o prelucrare numerică a acestora.
Suplimentar, adaptorul trebuie să genereze semnale compatibile cu aparatura de automatizare,
standardul minim fiind semnalul unificat 4…20 mA. Evoluția aparaturii de automatizare a permis
generarea de semnale numerice, unul dintre standarde fiind protocolul HART.
Prezenta lucrare expune unul dintre moduri le în care datele transmise de către traductorul de pH
pot fi prelucrate prin intermediul protocolului HART și totodată utilizarea acestora pentru elaborarea
unei structuri de monitorizare a pH -ului, folosind mediul software: PACTware

2
Capitolul 1
Protocolul HART

1.1 Scurt istoric

Protocolul HART (Highway Addressable Remote Transducer), a fost dezvoltat în anii ’80 de
către compania Rosemount . Acesta a fost dat spre utilizare și altor companii, astfel că la începutul
anilor ’90 s -a format un grup de utilizatori . În martie 1993, acest grup de utilizatori a votat pentru
crearea unei organizații non -profit, astfel încât acest protocol să poată fi dezvoltat [6]. Organizația
creată va deține toată tehnologia HART, va administra standardele protocolului și va asigura
disponibilitatea tehnologiei în domeniul industriei .

1.2 Principiul de funcționare

Comunicația HART are loc între două dispozitive de tip HART, unul fiind u n dispozitiv de
câmp (slave), iar celălalt un sistem de monitorizare sau de reglare (master) [7]. Comunicarea are loc
folosindu -se instrumentație și cablare standard. Protocolul HART oferă două canale de comunicație
simultan:
 Semnal analog de 4 -20 mA;
 Semnal digital.

Semnalul analog de 4 -20 mA comunică valorile măsurate folosind o buclă de curent de 4 -20
mA, acest mod de transmisie fiind cel mai sigur și mai rapid standard industrial. Informațiile despre
dispozitivul de măsur are (traductor) sunt furnizate prin intermediul unui semnal digital, acesta fiind
suprapus semnalului analog .
Semnalul digital cuprinde informații referitoare la starea dispozitivului, diagnoza acestuia,
mărimile măsurate, valorile calculate, etc. Cele d ouă canale de comunicare, semnal analog și semnal

3
digital, asigură soluția completă de comunicație în teren, aceasta fiind ușor de configurat, robust ă și la
un preț scăzut, figura 1 .1.

Fig. 1 .1. Comunicarea simultană Analogică și Digitală [6].

1.3 Principiul Bell 202 FSK

Protocolul HART are la bază principiul Bell 202 FSK ( Frequency Shift Keying). Semnalul
digital este compus din două frecvențe 1200 Hz și 2 200 Hz ce codifică valorile 1 ș i 0 [7]. Sinusoidele
celor două frecvențe se suprapun pe firul de curent continuu al semnalului analog pentru a asigura o
comunicare ana log-digitală simultană, figura 1 .2.

4

Fig. 1 .2. Comunicarea digitală a semnalului suprapus cu semnalul analog de
4-20 mA [8].

Deoarece valoarea medie a semnalului FSK este întotdeauna zero, semnalul analog 4 -20 mA nu
este afectat. Pentru comunicare se impune o impedanță minimă a buclei de 230 Ohmi . Pentru a evita
interferența cu semnalul de comunicație HART care se suprapune peste semnalul continuu, banda de
trecere a semna lului de ieșire la un traductor compatibil HART este limitată la 25 Hz maxim, cu un
filtru cu alternarea de 40 dB/decadă [6]. Receptorul HART este proiectat să rejecteze orice semnal
dreptunghiular cu amplitudine de 16 mA, care trece printr -un astfel de fi ltru.

1.4 Moduri de comunicare folosite de către protocolul HART

Tehnologia HART oferă două moduri de comunicare [8]:
 Modul Request -Response (master -slave);
 Modul Burst .

5
Modul Request -Response (master -slave) are ca principiu de funcționare inițierea comunicației
fiecărui dispozitiv printr -o cerere de la un dispozitiv gaz dă, cunoscut ca master, figura 1 .3 [8]. În
general, o rețea HART permite existența a două dispozitive de tip master . Primul dispozitiv master
poate fi reprezentat de un sistem de regla re distribuit, un regulator logic programabil sau un sistem de
calcul ce rulează o anumită aplicație. Al doilea dispozitiv master este reprezentat, în general, de către
un terminal mobil. În cazul unui astfel de tip de adresare, comunicația putând fi alcăt uită dintr -un
semnal analogic și digital sau numai dintr -un semnal digital .

+
Fig. 1 .3. Comunicarea Master -Slave .

Modul Burst face posibilă o comunicare mai rapidă (3 -4 actualizări pe secundă). În acest mod,
echipamentul de tip master instruiește dispozitivul de la care se achiziționează informația să transmită
în continuu un mesaj de răspuns standard HART, de exemplu valoarea u nei variabile de proces, figura
1.4 [8]. Masterul va recepționa mesajul până când dispozitivul slave va fi instruit să oprească
transmisia. Modul burst permite conectarea a mai multor dispozitive într -o schemă multidrop .

Fig. 1 .4. Comunicarea de tip Burst .

6

1.5 Rețele HART

Protocolul HART specifică faptul că dispozitivul de tip master transmite un semnal de tensiune
(numeric), în timp ce dispozitivul de tip slave transmite un semnal în curent (analogic). Semnalul de
curent este convertit într -un semnal corespunzător de tensiune prin intermediul unei rezistențe,
deoarece toate aparatele utilizează sisteme de recepție care sesizează nivelul de tensiune [6].
În figura 1 .5 sunt specificate nivelele maxime și minime de semnal ce sunt acceptate în
sistemele de transmisie ce folosesc protocolul HART. Un semnal ideal este de preferat să aibă o formă
sinusoidală, dar este acceptată și o formă trapezoidală. Semnalul de tip dreptunghiular nu este acceptat .

Fig. 1 .5. Nivele de semnal HART [6].

Echipamentele de tip HART pot opera în două configurații de rețele:
 Rețele tip point -to-point;
 Rețele tip multidrop .

În rețeaua de tip point -to-point, semnalul de 4 -20 mA este utilizat pentru a se transmite o
variabilă de proces, în timp ce alte variabil e adiționale sunt transferate digital folosindu -se protocolul
HART. Semnalul analogic nu este afectat de către semnalul HART și poate fi utilizat pentru control în

7
modul normal. Semnalul digital oferă acces la variabilele secundare și la alte date ce pot f i utilizate
pentru diagno ză, mentenanță, etc. În figura 1 .6 este reprezentat un tip de conexiune point -to-point.
În practică, cele trei elemente (sursa de alimentare PSU, transmiter -ul și rezistorul) pot fi
conectate în orice ordine și în oricare punct di n circuit. Specificațiile HART impun doar ca rezistența să
fie între 230 și 1100 Ohmi.
Semnalul de comunicație HART trebuie să fie introdus în buclă și detectat pe bucla în câmp.
Sursa de alimentare, de obicei se comportă ca un scurtcircuit pentru semnale le în frecvența tip HART,
și de aceea stația de comunicare (stație mobilă sau sistem central de comandă) nu poate fi conectată
direct la bornele ei. În schimb ea poate fi conectată între oricare două puncte din câmp (A și B) sau la
bornele rezistenței de s arcină (B și C), circuitul închizându -se prin sursa de alimentare.

Fig. 1 .6. Comunicarea point -to-point [9].
Rețelele de tip multidrop necesită o singură pereche de fire pentru a realiza transmiterea
informației de la mai multe traductoare, bariere de siguranță și o sursă suplimentară de tensiune pentru

8
utilizarea cât mai multor dispozitive de câmp. Toată aparatu ra este montată în paralel și toate valorile
de proces sunt transmise digital. Modul multidrop asignează tuturor dispozitielor de câmp adrese
comasate, iar curentul ce trece prin acestea este fix și are o val oare minimă de 4 mA. În figura 1 .7 este
reprezen tată o conexiune de tip multidrop.

Fig. 1 .7. Conexiune de tip multidrop [9].

9
1.6 Structura protocolului HART

Protocolul HART are la bază modelul de referință OSI ( Open Systems Interconnection) redus,
implementând doa r nivelurile 1, 2 și 7 (figura 1 .8) [7].

Fig. 1 .8. Protocolul de comunicație HART și modelul OSI [7].

Nivelul fizic lucrează pe baza principiului FSK, este caracterizat de o viteză de transfer de 1200
bit/s, are o frecvență pentru 0 egală cu 2200 Hz și o frecvență pentru 1 e gală cu 1200 Hz [7].
Majoritatea circuitelor existente sunt compatibile cu acest gen de comunicare digitală. Pentru distanțe
mici, se folosesc cabluri cu două fire de 0.2 mm2, neecranate. Pentru distanțe lungi (până la 1500 m) se
folosesc cabluri cu două f ire răsucite de 0.2 mm2 ecranate. Pentru distanțe mai mari de 1500 m, până la
3000 m, se folosește cablu cu o pereche de fire răsucite de 0.5 mm2 ecranate. Rezistența de sarcină
trebuie să fie cuprinsă între 230 -1100 ohm în circuitele de comunicare.
Nivelul legăturii de date stabilește ce fel de format vor avea mesajele HART, organizează șirul
de biți în pachete, adaugă codurile de detecție a erorilor și execută funcția de control a accesului pentru
a asigura accesul ordonat la canalul de comunicație, atât de către dispozitivele master, cât și de către
cele slave. În figur a 1.9 este prezentată structura unui mesaj HART.

10

Fig. 1 .9. Structura unui mesaj HART [7].
Nivelul HART (nivelul aplicației) cuprinde setul de instrucțiuni HART. Master -ul trimite
mesaje de tip cerere pentru valori specificate, valori actuale și orice altă dată sau parametru disponibil
de la dispozitiv. Dispozitivul din câmp (slave) interpretează aceste instrucțiuni după cum sunt definite
în protocolul HART. Mesajul răspuns asigură master -ului informația de stare și de date de la slave.
Pentru a face interacțiunea dintre dispozitivele HART compatibile, cât mai eficientă cu putință, au fost
stabilite clase de conformitate pe ntru master, și clase de comandă pentru slave. Sunt 6 clase d e
conformitate pentru master. Pentru dispozitivele slave, comunicațiile logice, uniforme sunt asigurate
de următoarele comenzi [7]:
 Instrucțiuni (comenzi) universale – sunt înțelese și utilizate de toate dispozitivele de câmp;
 Instrucțiuni standard (pra ctice comune) – oferă funcții care pot fi îndeplinite de multe
dispozitive, dar nu toate. Împreună, aceste comenzi alcătuiesc o bibliotecă ale celor mai comune
funcții de dispozitive;
 Instrucțiuni specifice dispozitivului – oferă funcții care sunt restricționate unui anumit
dispozitiv, permițând încorporarea unor funcții speciale care sunt accesibile tuturor
utilizatorilor.

În cele mai multe aparate se regăsesc funcții din toate cele trei clase: instrucțiuni universale,
instrucțiuni standard și i nstrucțiu ni specifice de aparat, figura 1 .10.

11

Fig. 1 .10. Clase de instrucțiuni și clase de conformitate [6].
1.7 Date tehnice

 Modul de transfer de date : FSK, Tehnica modulării in frecvenț a (Frequency shift Keying)
conform cu Bell 202, referitor la rata de transfer și de frecvența pentru bitul de informaț ie “0”
sau “1”.
 Viteză de transfer : 1200 bit/s
 Frecvența pentru bitul de informație “0” : 2200 Hz
 Frecvența pentru bitul de informație “1” : 1200 Hz
 Stuctură semnalului : 1 bit de start, 8 biți de date, 1 bit pentru paritate, 1 bit de stop
 Rată de transfer pentru variabilele simple : aprox. 2/s (poll/răspuns)
aprox. 3/2 (modul burst, opțional)
 Numărul maxim de unități pe magistrala : cu sursă de tensiune centrală – 15
 Specificații de mărimi de măsură :
– numărul maxim de variabile pe unitate : 256 (folosind un modem)
– numărul maxim de variabile transmise pe mesaj: 4
– munărul maxim de sta ții “master” într -o buclă: 2

12
 Nivelul fizic : rată de eroare pe circuitul destinație 1/106bit
 Nivelul Legături de Date : recunoaște toate de grupurile de până la 3 biți transmiși eronat și
aproape toate grupurile mai lungi și multiple.
 Nivelul Aplicație : s tarea comunicării este transmisă în mesajul răspuns.

1.8 Avantajele utilizării aparatelor de câmp cu protocol HART

Caracteristica Avantaje

Electronică inteligentă Crește precizia de măsură

HART – protocol deschis Utilizatorul nu este limitat la un singur furnizor

Sistem în conexiune pe două fire Poate utiliza cablarea existentă în instalație
Simultan analog și digital Compatibil cu sistemele analogice existente,
dar pregătit pentru trecerea la sisteme complet
digitale

Opțiunea multidrop Economie de cabluri în instalații
Protocol multimaster Se poate utiliza o stație portabilă de
comunicare în teren fără a afecta funcționarea
sistemului

Autotestare și ajustare de parametrii de la
distanță Foarte importantă pentru instrumentele greu
accesibile din instalații

Acces la datele de diagnostic on -line Cresc performanțele. Reduce costurile de
întreținere

Comenzi practic comune la aparate diferite Poți oricând opera cu aparate noi

Comenzi specifice de aparat Aduce inovație în proiectarea aparatelor de
câmp

Se poate citi numărul de identificare al
aparatului
Ușor de identificat în instalații
Comanda “set output” Pentru testa rea integrității buclei

Standardul Bell 202 Costuri mici pentru circuitele modemului
disponibile la mulți produ cători

Același limbaj de programare Aparatele de la diverși producători sunt
interschimbabile

13

InLab®Reference Pro
Capitolul 2
Traductorul de pH

2.1 Structura traductorului

Principiul măsurării pH -ului se bazează pe un senzor cu o membrană de sticlă permeabilă
pentru ionii de hidrogen, care pot reacționa cu o soluție dată (electrod de măsură) [1]. Potențialul
electric al acestui electrod, dependent de concentrația ionilor de hidrogen, este insuficient pentru a
obține un semnal electric utilizabil pentru măsurare a pH -ului. În această situație este necesară
introducerea unui al doilea senzor care să genereze, în aceeași soluție, un potențial de referință
(electrod de referință) [2]. Acest potențial electric este constant, nedepinzând de concentrația ionilor de
hidrogen.

Structura unui asemenea si stem este prezentată în figura 2 .1. Sunt evidențiați cei doi senzori sau
electrozi, electrodul de măsură și electrodul de referință. În cele ce urmează vor fi prezentate elemente
constructive ale celor doi electrozi.

Fig. 2 .1. Structura traductorului de pH ce utilizează doi senzori separați [2].

14

2.2 Principiul măsurării pH -ului

Cei doi electrozi scufundați în soluție definesc o celulă galvanică, potențialul rezultat fiind
dependent de ambii electrozi. Condițiile ideale de măsurare există numai atunci când potențialul
electrodului de măsurare depinde de variațiile pH -ului, în timp ce potențialul electrodului de referință
rămâne constant. Tensiunea măsurată poate fi exprimată prin ecuația lui Nernst [5] în felul următor:

 HFTR TE E EEref m ln , (1)
în care variabilele au următoarele semnificații:

E – Tensiunea măsurată [mV]
Em – Tensiunea electrodului de măsură [mV]
Eref – Tensiunea electrodului de referință [mV]
E'(T) – Constantă dependentă de temperatură [mV]
R – Constanta gazului ideal [8.3144 J/K]
T – Temperatura absolută
F – Constanta Faraday [96485 C]

H+ – Concentrația ionilor de hidrogen

Prin utilizarea logaritmului în bază zece, formula poate fi scrisă sub forma următoare [3]:
  HFTR TEE ln 303,2
. (2)
Prin introducerea definiției pH -ului,
 H pH log
, (3)
pH-ul poate fi exprimat la temperatura T prin relația
TSREpH TpH0
, (4)
semnificația constantelor fiind următoarea [4]:

15
 R' – constantă cu valoarea 0.1984 mV/K;
 S – sensibilitatea (factor de corecție care ia î n considerare faptul că răspunsul electrodului poate
fi diferit de valoarea teoretică);
 pH° – valoarea pH -ului atunci c ând potențialul măsurat este zero.

Figura 2.2 [2] ilustrează faptul că valoarea pH° se va schimba o dată cu temperatura și că
variația tensiunii electromotoare cu pH -ul este liniară.

Fig. 2 .2. Relația mV/pH la două temperaturi diferite [2].

2.3 Electrodul de măsură

Electrodul de măsură conține un tub de sticlă (membrană de sticlă) permeabilă pentru ionii de
hidrogen. Interiorul tubului este umplut cu o so luție cu pH constant, figura 2 .3 [5]. Ionii de hidrogen
pot difuza în interiorul sau în exteriorul electrodului (tubului de sticlă) în funcție de diferența dintre
concentrația ionilor în soluția de măsurat și soluția neutră din interiorul tubului. O imagine sugestivă a
electrodului de măs ură este prezentată în figura 2 .4 [5].

16

Fig. 2 .3. Secțiune prin electrodul de măsură [5].

Fig. 2.4. Electrodul de măsură al firmei Metller –Toledo [5].

2.4 Electrodul de referin ță

Scopul electrodului de referință este acela de a genera un potențial electric stabil, neinfluențat
de pH -ul soluției de măsurat, potențial ce poate fi comparat cu potențialul generat de electrodul de
măsură. Acest electrod este construit din sticlă neperme abilă pentru ionii de hidrogen aflați în soluția de
măsurat.
Pentru a realiza acest lucru, se creează o joncțiune în axul electrodului de referință prin care
soluția din interior sau electrolitul de referință se poate scurge în soluția de măsurat [3]. Electrodul de
referință și semi -celula pH trebuie să se afle în aceeași soluție pentru o măsurare corectă. O imagine
sugestivă a electrodului de referința este prezentată în figura 2.5.

17

Fig. 2.5. Electrodul de referință cu electrolit de referință, element de referință și joncțiune [3].

Construcția electrodului este realizată astfel înc ât elementul intern de referință este cufu ndat
într-un tampon de referință definit și este în contact indirect cu soluția de probă prin intermediul
joncțiunii [4]. Această rețea de contact asigură un potențial stabil.
Există mai multe sisteme de referință disponibile, cel mai folosit fiind sistemul argint/clorură de
argint. Potențialul acestui sistem de referință este definit de electrolitul de referință și de elemen tul de
referință argint/clorură de argint. Este important ca electrolitul de referință să aibă o concentrație
ridicată de ioni, acest lucru având ca rezultat o rezistență electrică redusă. Având în vedere că
electrolitul de referință curge în soluția de pr obă în timpul măsurării, trebuie să se aibă în vedere
reacțiile posibile între electrolitul de referință și soluția de probă, deoarece acestea pot afecta electrodul
și măsurarea.

2.5 Electrozi combinați

Electrozii combinați sunt mult mai ușor de manipulat decât doi electrozi separați, din acest
motiv fiind cei mai utilizați în prezent. În electrodul combinat, electrodul de sticlă sensibil la pH este
înconjurat concentric de electrodul de referință umplut cu electrolit de referință, figura 2.6 [5]. Părțile
componente ale electrodului combinat au aceleași proprietăți ca și electrozii separați, singura diferență
fiind faptul că aceste elemente sunt combinate într -un singur electrod fizic, ceea ce conferă flexibilitate
la montaj și în exploatare.

18

Fig. 2.6. Electrod cu senzor de pH intern și element de referință extern [16].

Pentru a simplifica procesul de măsurare a pH -ului, se poate adăuga un senzor de temperatură în
același mediu de măsură [1]. Aces t lucru permite realizarea unor măsurători cu temperatură
compensată. Astfel de electrozi poartă denumirea de electrozi 3 în 1.

2.6 Adaptorul de p H

Fig. 2.7. Transmițatorul de pH 2220 (X) [17].

19
PH 2220 (X) este un transmițător cu două fire și este potrivit pentru măsurători de pH și
ORP (Oxidation reduction potential) de înaltă fiabilitate și exactitate în multe aplicații ind ustriale.
Transmițător ul de pH include următoarele caracteristici:
 Înregistrarea simultană a pH -ului, redox potențial și temperatură.
 Poate fi configurat și controlat de la distanță de la camera de control HART.
 Valorile măsurate și mesajele pot recuperate oricând.

Fig 2.8 Transmițatorul de pH 2220 (X) [17].

Transmițatorul este alcătuit din două intrări și două ieșiri.
La prima intrare se conectează electrodul de măsură și electrodul de referință, dar se poate
conecta ș i un electrod auxiliar ce are ca funcție monitorizarea primilor doi electrozi.
A doua intrare o repre zintă traductorul de temperatură . Există două motive importante pentru
determinarea temperaturii procesului sau a soluției tampon:
 Panta elect rodului de măsură este dependentă de temperatură . Prin urmare tensiunea trebuie
să fie c orectată în funcție de influența temperaturii .
 Valoarea pH -ului soluției tampon este dependentă de temperatură . Pentru calibrarea soluției
tampon temperatura trebuie să fie cunoscută pentru a alege valoarea reală a pH -ului.
Prima ieșir e face legătu ra cu dispozitivul HART, furnizează energie transmițătorului și
transmite în mod analog date din proces.
A doua ieșire funcționează de asemenea ca alimentare dar poate în același timp să transmită
un alt mesaj către un alt utilizator .

20
Capitolul 3
Instrumentul Software PACTware

3.1 Prezentare generală

Instrumentul software PACTware este un program care realizează comunicarea dintre un
traductor, adaptor de semnal sau orice alt tip de echipament industrial cu un sistem de calcul [10].
Instrumentul software PACTware este un program de tip cadru, lucrând independent de
echipamentul industrial (traductor sau adaptor de semnal) la care se conectează. Pentru ca această
conexiune să fie posibilă se utilizează drivere de tip DTM (instrumente s oftware specifice, având rolul
de a realiza conexiunea dintre program și dispoziti vul de m ăsurare folosit, dar și de a face posibilă
parametrizarea acestuia), acestea fiind furnizate de către producător [11]. În cazul în care un driver
DTM nu este disponib il pentru un anumit tip de echipament se utilizează un driver general, capabil să
realizeze conexiunea cu mai multe tipuri de echipamente.
În conformitate cu standardul FDT, standard ce cuprinde tipurile și specificațiile tehnice ale
traductoarelor industriale, DTM -urile permit utilizatorului configurarea și schimbarea parametrilor de
funcționare pentru fiecare dispozitiv conectat [12]. Programul PACTware funcționează doar cu
driverele DTM ce au fost implementate conform standardului FDT.
Instrumentu l PACTware permite ca parametri ce au fost configurați și valorile acestora să fie
stocate pe un dispozitiv hardware de stocare sau imprimate în funcție de preferințele utilizatorului.
Comunicarea la nivel DTM se realizează utilizând protocoale de comuni cație de tip HART sau
Profibus [11]. În absența acestor protocoale comunicarea între respectivul echipament si instrumentul
software PACTware nu este posibilă.

Softul PACTware include următoarele funcționalități [12]:
 Device Catalog – funcție ce permite vizualizarea tuturor driverelor DTM ce sunt
instalate pe PC;

21
 Project View – funcție ce permite vizualizarea structurii de comunicare a unui proiect
realizat;
 Plant View – funcție ce afișează felul în care echipamentele ce se regăsesc într -un
proiect creat sunt conectate, dar și modul în care acestea interacționează între ele;
 Error Monitor – funcție ce înregistrează și stochează toate erorile de comunicație dintre
echipamentele conectate si program;
 Debug Monitor – funcție ce oferă anumite soluții pentru re zolvarea erorilor de
comunicație înregistrate de către Error Monitor.

Cerințele hardware și software pentru instalarea și utilizarea programului PACTware sunt
următoarele [12]:
 Procesor Intel Pentium IV sau mai nou;
 Placă grafică de cel puțin 32MB memorie;
 Stocare hardware de 40GB;
 Memorie RAM de 1GB;
 Sistem de operare Windows XP, Vista, 7, 8, 8.1, 10;
 Pachetul software NET Framework 2.0 și 3.5.

3.2 Proiectarea aplicației de monitorizare a traductorului de pH

Inițializarea aplicației

La deschiderea programului PACTware este afișată o fereastră principală alcătuită din
următoarele componente, figura 3.1:
 Title bar – bara de titlu în care este afișat numele programului;
 Menu bar – bara de meniu;
 Toolbar – bara de unelte;
 Status bar – bara de status;
 Operating range – zona de lucru.

22
Pentru a crea un nou proiect (o nouă aplicație), în cadrul ferestrei deschise a softului PACTware
este selectată funcția New din bara de meniu, figura 3.1.

Fig. 3.1. Crearea unui proiect cu PACTware.

La traductorul de pH se conectează modemul HART iar acesta se conectează la un port USB din
componenta sistemului de calcul (PC), figura 3.2.

3.3 Configurarea software pentru dispozitivul HART

După realizarea conexiunilor fizice va fi selectată funcția (pictograma) HOST -PC, iar din
meniul nou deschis se va selecta comanda Add device (adăugarea unui nou dispozitiv HART), figura
3.3.

23

Fig. 3.2. Conectarea modemului HART la traductorul de pH si la sistemul de calcul.

24

Fig. 3.3. Adăugarea unui nou dispozitiv HART.

În fereastra nou apărută, utilizatorul va selecta tipul de comunicare ce este folosit de către
dispozitiv pentru a comunica cu sistemul de calcul (protocolul de comunicație), figura 3.4.

Fig. 3.4. Selectarea protocolului de comunicație.

25
În urma confirmării, sub pictograma HOST -PC va apărea o noua pictogramă reprezentând
modemul HART ce se dorește a fi utilizat în cadrul aplicație. Momentan comunicarea cu acesta nu este
posibilă, deoarece nu a fost realizată configurarea acestuia. Configurarea implică următoarele comenzi:
a) Se activează pictograma și se va selecta din meniul apărut funcția Parameter , figura 3.5.
b) În cadrul ferestrei nou apărute se va alege tipul modemului, portul de comunicare și se va debifa
caseta Multimaster and Burst mode support , confirmând toate acestea cu ajutorul comenzii
OK, figura 3.6.

Fig. 3.5. Selectarea funcției de parametrizare.

26

Fig. 3.6. Configurarea modemului HART și confirmarea setărilor alese.

c) Odată configurat programul pentru modemul ales, utilizatorul va selecta comanda în cadrul
pictogramei modemului HART, figura 3.7.
d) După conectarea la modem va fi activată fereastra cat alogului de dispozitive pentru a alege
driverul traductorului de pH. În acest scop se va selecta din bara de meniu funcția View , iar apoi
din meniul nou apărut se va alege comanda Device catalog , figura 3.8.
e) Deoarece traductorul de pH utilizat nu are atașa t driver DTM oferit de către producător, va fi
utilizat un driver DTM general, compatibil cu o arie largă de echipamente industriale de
măsurare. În cadrul ferestrei nou deschise a catalogului de dispozitive va fi selectat driverul
Generic HART DTM și se v a confirma alegerea făcută prin selectarea comenzii Add, figura
3.9.

27

Fig. 3.7. Conectarea la modemul HART.

28
Fig. 3.8. Deschiderea catalogului de dispozitive.

Fig. 3.9. Selectarea driverului general DTM pentru traductorul de pH.

3.4 Conectarea software a traductorului la programul PACTware

Pentru conectarea traductorul de pH la softul PACTware se va activa comanda Generic HART
DTM și se va selecta comanda Connect , figura 3.10.
Pentru ca programul de monitorizare să funcționeze core spunzător este necesară o configurare
software. Din fereastra respectivă utilizatorul va selecta comanda Identification iar în dreptul câmpului
Tag se va introduce numele traductorului, în cazul de față acesta fiind PH TRAD, figura 3.11.

29

Fig. 3.10. Cone ctarea la traductorul de pH.

Fig. 3.11. Configurarea generică a traductorului de pH.

30
După ce traductorul a fost denumit, utilizatorul trebuie să configureze domeniul de măsurare al
traductorului cât și unitatea de măsură în care acesta va afișa datel e măsurate. Acest lucru va fi realizat
atât în cadrul ferestrei meniului Input , cât și în cadrul ferestrei meniului Online -Parameterize , unde
vom introduce valoarea minimă a pH -ului ce poate fi măsurat în caseta LRV și valoarea maximă în
caseta URV , figura 3.12, respectiv figura 3.13.

Fig. 3.12. Parametrizarea în fereastra meniului Input .

Fig. 3.13. Parametrizarea în fereastra meniului Online -Parameterize .

31
Pentru a finaliza configurarea și a memora setările în memoria traductorului, vom sele cta
comanda Store to device , aceasta fiind vizibilă în momentul în care utilizatorul apasă click -dreapta în
cadrul pictogramei Generic HART DTM , figura 3.14.

Fig. 3.14. Finalizarea configurării traductorului de pH.

În acest moment traductorul este parametrizat și gata de utilizare. Ca urmare a stocării datelor în
memoria acestuia, setările vor putea fi preluate de către instrumentul software PACTware, la o
eventuală nouă conectare, fără a mai fi necesară o configurar e manuală, utilizându -se comanda Load
from device . Finalizarea cu succes a configurării ne este indicată și de către schimbarea numelui
pictogramei traductorului în PH TRAD.
Ca opțiuni pentru vizualizarea informațiilor achiziționate, instrumentul PACTware oferă două
posibilități:
 Grafic în timp, figura 3.15;
 Bargraf, unde se poate observa inclusiv tensiunea generată de senzor cât și temperatura soluției
al cărei pH este măsurat, figura 3.16.

32

Fig. 3.15. Vizualizarea dinamică a pH -ului.

Fig. 3.16. Viz ualizarea de tip bargraf a parametrilor transmiși de senzor.

33
Concluzi i

În prezenta lucrare au fost investigate traductorul de pH și un mediu de programare orientat pe
protocolul de comunicație HART. După detalierea și identificarea principalelor probleme legate de
utilizarea și configurarea traductorului de pH, s -a avut ca scop realizarea unei aplicații care să permită
utilizatorului să folosească un sistem de calcul (laptop sau PC) pentru a afișa datele achiziționate de la
traductorul de pH. Real izarea unei astfel de aplicații a presupus utilizarea protocolului de comunicație
HART, protocol asociat traductorului.
Protocolul de comunicație HART a orientat cercetările experimentale în scopul selectării unui
mediu de programare compatibil cu acest standard de comunicație și capabil în a realiza un sistem de
monitorizare a pH -ului. Am folosit mediul de programare PACTware deoarece a permis monitorizarea
simplistă a pH -ului și temperaturii soluției, atât sub forma unui grafic afișat în timp real, cât și a unui
bargraf.

34
Bibliografie

[1] http://www.analog.com/en/analog -dialogue/articles/hart -communication -networks.html
[2] https://www.mt.com/dam/mt_ext_files/Editorial/Generic/1/BA_pH_Transmitter_2220X_Editorial –
Generic_1098176989953_files/ba_ph_transmitter2220xe52120666.pdf
[3] http://ww w.science.upm.ro/~traian/web_curs/Scada/art_scada/senz_intelig.pdf
[4] Băieșu, A ., Tehnica Reglării Automate , Editura MatrixRom, București, 2012.
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Highway_Addressable_Remote_Transducer_Protocol
[6] Romilly Bowdwn, HART – Field Communications Protocol – A technical Overview, Emerson
Process Management, 2002.
[7] * * * The Theory of pH Measurement, Rosemount Analytical, 201 0.
[8] * * * Theory and Practice of pH Measurement, Rosemount Analytical, 2010.
[9] * * * pH – Theory and Practice Radiometer Analytical S.A., France, 2001.
[10] pH Measurement and its Applications, Santa Monica College.
[11] * * * pH Theory Guide – A Guide to pH Measurement – the theory and practice of
laboratory pH applications, Mettler -Toledo AG, 2007.
[12] https://www.labor -soft.ro/PromovSpecial/pHteorie.htm#Calibrarea
[13] http://www.icsgmbh.com/en/download -en/pactware -4-1.html
[14] http://www.pepperl -fuchs.com/global/en/classid_163.htm .
[15] https://files.pepperl -fuchs.com/webcat/navi/productInfo
[16] https://www.mt.com/dam/mt_ext_files/Editorial/Generic/6/ProductFlyer_pH_Transmitter_2220
X_Editorial –
Generic_1133868662311_files/productflyer_ph_transmitter2220xe2060615871133868662 311.pdf
[17] https://www.mt.com/dam/mt_ext_files/Editorial/Generic/1/BA_pH_Transmitter_2220X_Editor
ial-Generic_1098176989953_files/ba_ph_transmitter2220xe52120666.pdf