Literatura

Los Beneficios del Protocolo de Comunicación HART® en Sistemas de Instrumentación Inteligentes

 

Capacidad Digital

  • Acceso a todos los parámetros y diagnóstico del instrumento
  • Soporta instrumentos multivariábles
  • Estado del instrumento en línea


Compatibilidad Analógica

  • Comunicación analógica y digital simultánea
  • Compatible con cableado y equipos 4-20 mA ya existentes


Interoperabilidad

  • Estándar totalmente abierto
  • Comandos universales y estructura de datos
  • Optimizado por la Descripción del lenguaje del Instrumento

Disponibilidad
  • Tecnología probada en campo como más de 1.400.000 instalaciones
  • Extensa variedad de productos
  • Protocolo más usado en instrumentos de campo que cualquier otro en la industria

 

Introducción

El protocolo de comunicación HART® es mundialmente reconocido como un protocolo estándar de la industria para comunicación de los instrumentos de campo inteligentes 4-20mA, basados en microprocesador. El uso de esta tecnología está creciendo rápidamente y hoy en día prácticamente todos los principales fabricantes del mundo de instrumentación ofrecen productos con comunicación HART® .

El protocolo HART® permite la superposición de señal de comunicación digital a las señales analógicas de 4-20mA, sin interferencia, en el mismo cableado. El protocolo HART® proporciona algunos de los beneficios dados por la tecnología fieldbus, manteniendo la compatibilidad con la instrumentación analógica y aprovechando el conocimiento ya dominado sobre los sistemas 4-20mA existentes.

Este documento presenta una breve descripción sobre el protocolo HART® y los beneficios disponibles a través de esta importante tecnología. El ahorro obtenido por instrumento es de US$ 300,00 a US$ 500,00 en instalación y el comisionamiento inicial es de US$ 100,00 a US$ 200,00 al año para mantenimiento y operación, son comúnmente reportados.

 

Comunicación Analógica + Digital
Há vários anos, a comunicação de campo padrão usada pelos equipamentos de controle de processos tem sido o sinal analógico de corrente, o miliampére (mA). Na maioria das aplicações, esse sinal de corrente varia dentro da faixa de 4-20mA proporcionalmente à variável de processo representada. Virtualmente todos os sistemas de controle de processos de plantas usam esse padrão internacional para transmitir a informação da variável de processo.

 

Comunicação Digital + Sinal Analógico Simultâneo



Fig. 01 -  HART usa la tecnología FSK para codificar la información digital
de comunicación sobre la señal de corriente de 4 a 20 mA

El protocolo de comunicación de campo HART® extiende el estándar 4-20mA al permitir también la medición del proceso de forma más inteligente que la instrumentación de control analógica, proporcionando un salto en la evolución del control de procesos. El protocolo HART® permite una significativa innovación en la instrumentación de procesos. Las características de los instrumentos pueden ser vistas vía comunicación digital que son reflejadas en el llamado protocolo, HART® , que significa “Highway Addressable Remote Transducer – Transductor Remoto Direccionable de Alta Velocidad”.

El Protocolo HART® permite la comunicación digital bidireccional en instrumentos de campo inteligentes sin interferir en la señal analógica de 4-20mA. Tanto la señal analógica de 4-20mA como la señal digital de comunicación HART® , pueden ser transmitidos simultáneamente en el mismo par de hilos. La variable primaria es la información de la señal de control que puede ser transmitida por la señal de 4- 20mA, mientras que las mediciones adicionales, parámetros de proceso, configuración del instrumento, calibración y las informaciones de diagnóstico están disponibles en el mismo par de hilos y al mismo tiempo. A diferencia de otras tecnologías de comunicación digitales “abiertas” para instrumentación de procesos, el protocolo HART® es compatible con los sistemas existentes.

 

La Tecnología HART®
El Protocolo HART® usa el estándar Bell 202, Modulación por cambios de Frecuencia (FSK) para superponer las señales de comunicación digital a la señal de 4-20mA. Puesto que la señal digital FSK es simétrica en relación al cero, no existe nivel DC asociado a la señal y por lo tanto este no interfiere en la señal de 4-20mA. Una lógica “1” es representada por una frecuencia de 1200Hz y la lógica “0” es representada por una frecuencia de 2200Hz, como es mostrado en las figuras 1 y 2. La señal HART® FSK permite la comunicación digital en dos vías, haciendo posible la transmisión y recepción para obtener información adicional, mas allá de la variable normal de proceso en instrumentos de campo inteligentes. El protocolo HART® se propaga a una velocidad de 1200 bits por segundo, sin interrumpir la señal de 4-20mA y permite una aplicación de tipo “maestro” permitiendo dos o más actualizaciones por segundo desde un único instrumento de campo.



Fig. 02 - HART sobrepone la señal de comunicación digital a la señal de
corriente de 4 a 20 mA

 

Flexibilidad de Aplicación
HART® es un protocolo del tipo maestro/esclavo, lo que significa que un instrumento de campo (esclavo) solamente “responde” cuando sea “preguntado” por un maestro. Dos maestros (primario y secundario) se pueden comunicar con un instrumento esclavo en una rede HART® . Los maestros secundarios, como los configuradores portátiles de pueden ser conectados normalmente en cualquier punto de la red y comunicarse con los instrumentos de campo sin provocar problemas en la comunicación con el maestro primario. El maestro primario es típicamente un SDCD (Sistema Digital de Control Distribuido), un PLC (Controlador Lógico Programable), un controle central basado en computador o un sistema de monitoreo. En la figura 3 se muestra una instalación típica con dos maestros.


Fig. 4 - Algunos equipos HART incluyen el controlador PID en sus
algoritmos, implementando una solución de control con buena relación costo-beneficio

 

El Protocolo HART® puede ser usado de diversas maneras para transmitir información de/para instrumentos de campo inteligentes a centrales de control o equipos de monitoreo. La comunicación maestro/esclavo digital, simultánea con la señal analógica de 4-20mA es la más común. Este modo, permite que la información digital proveniente del instrumento esclavo sea actualizada dos veces por segundo en el maestro. La señal de 4-20mA es continua y puede llevar la variable primaria de control.

 

Ejemplo de Aplicación Innovadora
La flexibilidad del Protocolo HART® es evidente en el diagrama de control de laa Figura 4. Esta aplicación innovadora usa la capacidad inherente al Protocolo HART® de transmitir tanto señales analógicas de 4-20mA como señales digitales de comunicación simultáneamente por el mismo par de hilos. En esta aplicación, el transmisor HART® tiene un algoritmo interno de control PID. El instrumento es configurado de modo que el lazo de corriente de 4-20mA sea proporcional a la salida del control PID, ejecutado en el instrumento (y no a la variable medida, como por ejemplo, la presión, como en la mayoría de las aplicaciones de instrumentos de campo). Una vez que el lazo de corriente es controlado por la salida de control del PID, este es utilizado para alimentar directamente al posicionador de la válvula de control.

El lazo de control es ejecutado completamente en campo, entre el transmisor (con PID) y la válvula. La acción de control es continua como en el sistema tradicional; la señal analógica de 4-20mA mueve a la válvula. A través de la comunicación digital HART el operador puede cambiar el set-point del lazo de control y leer la variable primaria o la salida para el posicionador de la válvula. Un ahorro substancial puede ser obtenido a través de esta innovadora arquitectura de control.


Fig. 4 - Algunos equipos HART incluyen el controlador PID en sus
algoritmos, implementando una solución de control con buena relación costo-beneficio

 

Mejor Solución
El Protocolo HART® permite a los usuarios la mejor opción de solución para aprovechar los beneficios de la comunicación digital para la instrumentación inteligente. Actualmente ninguna otra tecnología de comunicación puede igualar la estructura de soporte o la gran variedad de instrumentos disponibles con la tecnología HART® . La tecnología permite el uso fácil de los productos compatibles con HART® que están disponibles en el mercado por la mayoría de los fabricantes de instrumentación y que atienden prácticamente todas las mediciones de proceso o aplicaciones de control.

El surgimiento de fieldbus no desplazara la tecnología HART® en nuevas aplicaciones o en las existentes. El protocolo HART® proporciona a los usuarios gran parte de los mismos beneficios, al mismo tiempo mantiene la compatibilidad y la familiaridad con los sistemas existentes de 4-20 mA. El protocolo HART® proporciona los ahorros económicos de comunicación remota, una flexibilidad y la precisión de la comunicación de datos digital, el diagnóstico de los instrumentos de campo y el uso de poderosos instrumentos con múltiples variables, sin que haya la necesidad de reemplazar sistemas completos.

La conexión con las redes de las plantas actuales y futuras es asegurada por la capacidad de comunicación digital y a la gran base instalada (más de 5.000.000 de instalaciones y creciendo rápidamente). El soporte ofrecido por el protocolo HART Communication Foundation asegura que la tecnología seguirá evolucionando para satisfacer las necesidades de la instrumentación inteligente de hoy y mañana.

Escrito por Ron Helson
HART Communication Foundation
9390 Research Blvd., Suite I-350
Austin, Texas 78759 USA

(Mais detalhes no Tutorial Hart)

Para mayor información, visite la página de HART en la siguiente dirección:
http://www.hartcomm.org/

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