Protocolo HART2.3.2.1 Introduccin

En el medio altamente competitivo de hoy en da, todas las compaas buscan reducir los costos de operacin, entregar sus productos rpidamente, y mejorar la calidad de estos. El Protocolo HART contribuye directamente con estas metas de produccin, permitiendo ahorrar gastos en: Comisionamiento e Instalacin. Operaciones de planta y mejoramiento de la calidad. Mantenimiento. El Protocolo HART fue desarrollado por Rosemount a finales de los aos `80. HART es la sigla de Highway Addressable Remote Transducer. El protocolo fue abierto para que otras compaas pudieran usarlo en 1990, ese mismo ao fue creado un Grupo de Usuarios. En Marzo de 1993, el grupo vot para la creacin de una organizacin independiente y sin fines de lucro, para un mejor soporte del Protocolo HART. En Julio de ese mismo ao, la HART Communication Foundation (HCF) fue establecida para proveer soporte a escala mundial para la aplicacin de esta tecnologa. Diseado para complementar la tradicional seal anloga de 4-20 mA, el Protocolo HART soporta las comunicaciones digitales por dos cables para medicin de procesos y dispositivos de control. Sus aplicaciones incluyen interrogacin remota y acceso cclico a variables de proceso, definicin de parmetros y diagnsticos. Adems es soportado por los proveedores ms grandes de instrumentacin y dispone de cobertura para productos de todo el rango de medicin de procesos y aplicaciones de control.

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2.3.2.2

Concepto del Protocolo HART

El mtodo tradicional de transmisin de datos con 4-20 mA, solo se limita a transmitir la magnitud de la medicin. Con la evolucin en los procesos y la aparicin de la instrumentacin de campo inteligente, se hizo necesario encontrar nuevas formas de transmisin, en este marco se desarrolla el Protocolo HART, un protocolo hbrido, que mezcla la seal anloga de corriente con la transmisin de datos digitales por los mismos dos cables sin que se distorsionen ninguna de las dos seales. Este tipo de comunicacin trae dos grandes ventajas, primero el cableado existente y las estrategias de control actualmente utilizadas, no debern ser totalmente reemplazados al momento de implementar HART, y segundo toda la informacin adicional que se puede transmitir (tags, datos de rango y span, informacin del producto y diagnsticos etc.), la cual puede permitir ahorrar mucho tiempo y dinero a la hora de la mantencin, y adems mejora el manejo y la utilizacin de las redes de instrumentos inteligentes. HART es un protocolo que puede funcionar como Maestro-Esclavo (un dispositivo de campo solo responde cuando se le a pedido algo previamente). As como tambin puede funcionar en modo Rfaga. Puede haber hasta dos maestros y hasta 15 dispositivos esclavos se pueden conectar en configuracin multipunto. Cabe destacar que HART posee una arquitectura abierta, disponible para cualquier proveedor y para cualquier usuario.

2.3.2.3

Mtodo de Operacin

HART opera usando el principio de modulacin por desplazamiento en frecuencia (FSK), el cual esta basado en el estndar de comunicacin Bell 202. La seal digital se construye a travs de un ciclo 1200 Hz, para representar el bit 1 y aproximadamente dos ciclos de 2200 Hz que representan el bit 0. La tasa de transmisin de datos es de 1200 baudios. Lo que significa que los dgitos binarios se transmiten a 1200 bits por segundo. Las seales sinusoidales son sobrepuestas a las seales de corriente, a un bajo nivel, logrando as que las dos seales se transmitan por los mismos dos cables, gracias a que el valor promedio de la seal FSK es siempre cero, la seal de 4-20 mA nunca se ver distorsionada. Esto produce una comunicacin simultanea con un tiempo de respuestaUniversidad de Santiago de Chile Tpicos de Control Prof. Gonzalo Reyes M. 2

aproximado de 500 ms para cada dispositivo de campo, sin que ninguna de las seales anlogas sean interrumpidas.

+0.5 mA Aprox.

0

Seal de Corriente

-0.5 mA Aprox. 1200 Hz "1"

2200 Hz "0"

Figura 2.3 Seal HART. 2.3.2.4 Esquema Maestro Esclavo

Como se dijo anteriormente HART funciona a travs del sistema Maestro -Esclavo. Como su nombre lo dice este sistema consta de dos tipos de dispositivos, uno al que llamamos Maestro, el cual esta encargado de iniciar las comunicaciones y es el que pide la informacin. Los dispositivos Esclavos, en tanto, solo envan informacin cuando se les solicita. El proceso por el cual el Maestro enva un mensaje y recibe una respuesta (en caso de haberla) se denomina Transaccin. Existiendo dos tipos de Transaccin.

2.3.2.5

Comunicacin Punto a Punto

Como se puede apreciar en la figura 2.4, que es el lazo ms simple, en el cual tenemos un maestro primario (PC), y uno secundario (HART communicator), as como un esclavo (Transmisor de presin). En las operaciones punto a punto el dispositivo de campo tiene la direccin 0 y su salida de corriente es de 4-20 mA. En el caso de los instrumentos pasivos, es decir que obtienen alimentacin del lazo se dispone una fuente que alimentar al lazo. Esta se conectar en serie al instrumento y a una resistencia de carga, los estndares HART permiten resistencias de 230 a 1100 .Universidad de Santiago de Chile Tpicos de Control Prof. Gonzalo Reyes M. 3

A Control de Produccin

4-20 mA

RB

Control de Proceso# E # # E #

Sistema de Control

Getaway

Modem Bell 202# E E #

~Fuente auxiliar

Barrera de aislacin Hart

4-20 mA

Terreno# E PD

Hand-Held TerminalPD

ProcesoDispositivo Hart

Figura 2.4 Conexin punto a punto.La seal HART debe introducirse y leerse desde el lazo de corriente, la fuente se encuentra casi en corto circuito para las frecuencias HART, por esto los dispositivos maestros deben ir en paralelo al instrumento o a la resistencia de carga. Adems un equipo HART no debe contribuir con ninguna carga DC al lazo. Para esto se conectan a travs de un condensador de 5 F o ms. Para instrumentos activos, es decir que alimentan al lazo, no se necesita una fuente de poder y esta es eliminada de la conexin.

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2.3.2.6

Comunicacin Multipunto

En este modo se pueden conectar hasta 15 instrumentos en paralelo, usando un par de cables, y una fuente en caso que se requiriera, como se ve en la figura 2.5. A diferencia del modo punto a punto las direcciones de los dispositivos van del 1 al 15 y las salidas de corriente de cada uno se fijan en 4 mA. Para este modo de operacin los controladores e indicadores deben contar con un HART modem. Las consecuencias ms destacables de este modo de transmisin son dos, retardo en la comunicacin Maestro - Esclavo, y perdida de la seal anloga, ya que, como se dijo anteriormente, la corriente de salida de cada instrumento se fija en 4 mA.

A Control de Produccin

n*4 mA

RB

Control de Proceso# E # # E #

Sistema de Control

Getaway

Modem Bell 202# E E #

~Fuente auxiliar

Barrera de aislacin Hart

Terreno

4 mA# E PD E #pH

4 mA

4 mA# E T

Hand-Held Terminal

PD

pH

T

Proceso

Dispositivos Hart

Figura 2.5 Conexin Multipunto.

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