Libertando o poder do HART e proporcionado benefícios aos usuários

 

Introdução

O protocolo HART tem sido testado com sucesso em milhares de aplicações em vários segmentos, mesmo em ambientes perigosos. Porém, o dia-a-dia tem nos mostrado que os usuários pouco se utilizam dos recursos que esta tecnologia disponibiliza e que poderiam  tirar vantagens de características e funcionalidades deste protocolo, libertando o “poder” que o HART tem.

Neste sentido, este artigo mostrará detalhes da utilização da comunicação HART em medições multivariáveis, descrevendo aplicações de um conversor de HART para 4-20mA capaz de acrescentar mais flexibilidade de uso aos equipamentos HART.

HCC301: conversor de HART para 4-20mA

O HCC301 é um conversor a dois fios capaz de gerar um sinal de corrente 4-20mA através de uma variável via comunicação HART.Com isto podemos transferir mais informações de equipamentos HART aos controladores e melhorar a performance dos controles e processos com uma solução de baixo custo.

Este conversor tem a capacidade de trabalhar como mestre primário do barramento HART e continuamente fazer o “polling” de uma variável em um outro equipamento HART, convertendo a mesma dinamicamente a um valor em corrente de 4-20mA proporcional a uma escala pré-configurada. Mesmo sendo um mestre primário, o HCC301 permite livremente que se tenha um mestre secundário no barramento, como por exemplo, um hand-held.

Esta variável atualizada em corrente pode ser a variável primária em unidade de engenharia, a variável primária em percentagem ou também uma das variáveis dinâmicas do equipamento HART: a variável secundária, terciária ou a quarta variável.O equipamento HART pode ser de qualquer fabricante, o que dá mais flexibilidade e recursividade ao usuário.

Pode-se configurar no conversor a condição de falha segura segundo a NAMUR-NE43, onde em uma falha, este gerará um sinal de corrente de acordo com a seleção do usuário(3.6 ou 21mA), de tal forma que o controlador possa tomar uma ação segura. O usuário ainda configura o número de “retries” de comunicação até que o conversor gere a corrente em falha segura.
Em nível de segurança, pode-se ainda habilitar a proteção de escrita evitando alterações não autorizadas.

Veja mais detalhes no diagrama de blocos funcional na figura 1.

Figura 1 – Diagrama funcional do HCC301

Durante a configuração do HCC301, este deve ser configurado para escravo, o que é feito localmente no equipamento.A figura 2, mostra a tela de configuração do conversor utilizando-se um hand-held(PALM, HI331 e PC Windows Smar), onde podemos ver a simplicidade para o usuário:

 

Figura 2  – Tela de Configuração do HCC301

 

Algumas aplicações

 

1) Aumentando a segurança e confiabilidade em elementos finais de controle

A grande maioria dos posicionadores de válvulas HART do mercado não possui um sinal de retorno indicando a posição real da válvula e quando possuem, exigem ligações a 4 fios, dificultando e aumentando custos de instalação. A solução normalmente adotada, é a utilização de um transmissor de posição, mas que envolve custos e exige instalação adequada. Com isto, é muito freqüente se ver no campo o posicionador recebendo um setpoint de posição desejada via controlador, mas o controle não tem um sinal de feedback, dizendo se a válvula realmente foi para a posição desejada, se está emperrada, se está lenta, como está o controle seu controle, etc...

Observe a figura 3, onde temos um posicionador de válvulas. Poderíamos a um baixo custo estar extraindo via comunicação HART a posição real da válvula e fornecê-la proporcionalmente a 4-20mA para o sistema de controle, melhorando condições de performance, reduzindo custos com a minimização da variabilidade do processo, além de aumentar significativamente a confiabilidade do sistema. Note que em termos de instalação, nada é feito no posicionador.

2) Minimizando custos nos processos de medição de densidade e concentração

Analisemos a situação da figura 4, onde temos um transmissor HART de densidade/concentração e que além da medida primária (densidade ou concentração) queremos fornecer ao controle um sinal de corrente do processo de temperatura. Normalmente, colocaria-se mais um transmissor de temperatura no processo e assim teríamos a medição da temperatura. Porém, usando o HCC301, poderíamos a um baixo custo estar extraindo via comunicação HART a temperatura do processo, que é medida pelo transmissor e fornecê-la proporcionalmente a 4-20mA para o sistema de controle, melhorando condições de performance, reduzindo custos. Note que em termos de instalação, nada é feito no transmissor.

Figura 3 – Minimizando custos nos processos de medição de densidade e concentração

3) Medição da temperatura ambiente ou em escala diferente nos processos de temperatura

Analisemos a situação de aplicação de acordo com a figura 5, onde se tem- um forno operando de 50 a 200°C, e o valor da temperatura é fornecida ao sistema de controle proporcionalmente através de um sinal de 4-20mA. Poderia-se medir esta temperatura em uma escala diferente, com propósitos somente de monitoração por exemplo, ou ainda estarmos informando a temperatura ambiente. Usando o HCC301, poderíamos a um baixo custo estar extraindo via comunicação HART estas informações e fornecê-las proporcionalmente a 4-20mA para o sistema de controle, melhorando condições de performance, reduzindo custos. Note que em termos de instalação, nada é feito no transmissor.

Figura 4  – Medição da temperatura ambiente ou em escala diferente nos processos de temperatura

3) Medição multivariável: vazão

Analisemos agora a situação da figura 6, onde temos um transmissor de pressão utilizando-se de um elemento primário para medição de vazão. Poderia-se por exemplo, via conversor HCC301, disponibilizar a pressão diferencial ao sistema de controle, uma vez que a variável primária do transmissor foi configurada como vazão.Note que em termos de instalação, nada é feito no transmissor.

Figura 5  – Medição multivariável

Conclusão

Pudemos ver alguns detalhes do protocolo HART, com uma visão mais de aplicação, mostrando recursos do protocolo que possam não estar sendo utilizados pelos usuários na prática, mas que fazem parte do “poder do HART”. E ainda, a possibilidade de adicionar valores/funcionalidades aos equipamentos HART com o HCC301, dando mais possibilidades de aplicações, facilitando instalações e minimizando custos em geral.

Autor

• César Cassiolato

Referências:

• Manuais de equipamentos HART Smar.
• https://www.smar.com/pt/artigos-tecnicos-hart
• https://www.smar.com/pt
• CASSIOLATO, César , O protocolo digital HART, Revista Mecatrônica Atual Edição nº 43, 2009
• CASSIOLATO, César , O protocolo digital HART, Revista Controle & Instrumentação, Edição nº 82, 2003
• CASSIOLATO, César , Libertando o poder do HART e proporcioando benefícios aos usuários, Revista Controle & Instrumentação, Edição nº 86, 2003
• CASSIOLATO, César ,Libertando o poder do HART e proporcioando benefícios aos usuários, Revista Mecatrônica Atual Edição nº 44, 2010

Links Relacionados:

• Confira a lista de Artigos Técnicos da SMAR: https://www.smar.com/pt/artigos-tecnicos
• Medição de Nível: https://www.smar.com/pt/transmissor-de-nivel

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