Hart
Los beneficios del protocolo de comunicación HART® en sistemas de instrumentación inteligente
Capacidad digital
- Acceso a todos los parámetros y diagnósticos del instrumento
- Admite instrumentos multivariables
- Seguimiento de instrumentos en línea
Compatibilidad analógica
- Comunicación analógica y digital simultánea
- Compatible con cableado y equipos existentes de 4-20 mA
interoperabilidad
- Estándar de facto totalmente abierto
- Comandos universales y estructura de datos.
- Optimizado por el lenguaje de descripción de instrumentos
Disponibilidad
- Tecnología probada en campo con más de 1,400,000 instalaciones
- Creciente variedad de productos
- Más utilizado en instrumentos de campo que cualquier otro protocolo en la industria
Introducción
El protocolo de comunicación HART® es reconocido mundialmente como un estándar de la industria para la comunicación de instrumentos de campo inteligentes con microprocesador de 4-20 mA. El uso de esta tecnología está creciendo rápidamente y, en la actualidad, prácticamente todos los fabricantes de instrumentación más importantes del mundo ofrecen productos con comunicación HART®.
El protocolo HART® permite superponer la señal de comunicación digital a las señales analógicas 4-20mA, sin interferencias, en un mismo cableado. HART® brinda algunos de los beneficios señalados por el bus de campo, al mismo tiempo que mantiene la compatibilidad con la instrumentación analógica y aprovecha el conocimiento ya dominado en los sistemas de 4-20 mA existentes.
Este boletín proporciona una breve descripción general del protocolo HART® y los beneficios disponibles a través de esta importante tecnología. Los ahorros por instrumento son de US$ 300,00 a US$ 500,00 para la instalación inicial y puesta en servicio y de US$ 100,00 a US$ 200,00 por año para mantenimiento y operación, como se informa comúnmente.
Comunicación Analógica + Digital
Desde hace varios años, la comunicación de campo estándar utilizada por los equipos de control de procesos ha sido la señal de corriente analógica, el miliamperio (mA). En la mayoría de las aplicaciones, esta señal de corriente varía dentro del rango de 4 a 20 mA en proporción a la variable de proceso representada. Prácticamente todos los sistemas de control de procesos de la planta utilizan este estándar internacional para transmitir información variable del proceso.
Comunicación Digital + Señal Analógica Simultánea
Fig. 01 - HART utiliza tecnología FSK para codificar información digital
comunicación sobre señal de corriente 4 a 20 mA
El protocolo de comunicación de campo HART® amplía el estándar de 4-20 mA al permitir también la medición de procesos de forma más inteligente que la instrumentación de control analógico, lo que supone un avance en la evolución del control de procesos. El protocolo HART® promueve una innovación significativa en la instrumentación de procesos. Las características de los instrumentos se pueden ver a través de la comunicación digital que se reflejan en el nombre del protocolo, HART®, que significa "Highway Addressable Remote Transducer".
El protocolo HART® permite la comunicación digital bidireccional en instrumentos de campo inteligentes sin interferir con la señal analógica de 4-20 mA. Tanto la señal analógica de 4-20 mA como la señal de comunicación digital HART® pueden transmitirse simultáneamente en el mismo cableado. La información de la señal de control y la variable principal se puede transmitir a través de 4-20 mA si se desea, mientras que las mediciones adicionales, los parámetros del proceso, la configuración del instrumento, la calibración y la información de diagnóstico están disponibles en el mismo cableado al mismo tiempo. A diferencia de otras tecnologías de comunicación digital "abiertas" para la instrumentación de procesos, HART® es compatible con los sistemas existentes.
La tecnología HART®
El protocolo HART® utiliza el estándar Bell 202 de conmutación por cambio de frecuencia (FSK) para superponer señales de comunicación digital de más de 4-20 mA. Como la señal digital FSK es simétrica con respecto a cero, no hay un nivel de CC asociado a la señal y, por lo tanto, no interfiere con la señal de 4-20 mA. El “1” lógico está representado por una frecuencia de 1200 Hz y el “0” lógico está representado por una frecuencia de 2200 Hz, como se muestra en las figuras 1 y 2. La señal HART® FSK permite la comunicación digital bidireccional, lo que hace que la transmisión y recepción de es posible obtener información adicional más allá de la variable de proceso normal en los instrumentos de campo inteligentes. El protocolo HART® se propaga a una velocidad de 1200 bits por segundo, sin interrumpir la señal de 4-20 mA, y permite una aplicación "maestra", lo que permite dos o más actualizaciones por segundo desde un solo instrumento de campo.
Fig. 02 - HART superpone la señal de comunicación digital en el
corriente 4 a 20 mA
Flexibilidad de aplicación
HART® es un protocolo maestro/esclavo, lo que significa que un instrumento de campo (esclavo) solo “responde” cuando un maestro lo “pregunta”. Dos maestros (primario y secundario) pueden comunicarse con un instrumento esclavo en una red HART®. Los maestros secundarios, como los terminales de configuración portátiles, se pueden conectar normalmente en cualquier lugar de la red y comunicarse con los instrumentos de campo sin interrumpir la comunicación con el maestro principal. El maestro principal suele ser un DCS (Sistema de control digital distribuido), un PLC (Controlador lógico programable), un control central basado en computadora o un sistema de monitoreo. En la Figura 3 se muestra una instalación típica con dos maestros.
Fig. 03 - El protocolo HART permite que dos dispositivos Master accedan
información del mismo equipo de campo (esclavo)
El protocolo HART® se puede utilizar de diversas maneras para intercambiar información hacia/desde instrumentos de campo inteligentes a controles centrales 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 del instrumento esclavo se actualice dos veces por segundo en el maestro. La señal de 4-20 mA es continua y lleva la variable principal para el control.
Ejemplo de aplicación innovadora
La flexibilidad del protocolo HART® es evidente en el diagrama de control de la Figura 4. Esta aplicación innovadora utiliza la capacidad inherente del protocolo HART® para transmitir señales de comunicación analógicas de 4-20 mA y digitales simultáneamente a través del mismo cableado. En esta aplicación, el transmisor HART® tiene un algoritmo de control PID interno. El instrumento está configurado para que el lazo de corriente de 4-20 mA sea proporcional a la salida de control PID realizada en el instrumento (y no a la variable medida, como la presión, como en la mayoría de las aplicaciones de instrumentos de campo). Dado que el lazo de corriente está controlado por la salida de control PID, el PID se usa para alimentar directamente el posicionador de la válvula de control.
El lazo de control se ejecuta completamente en el campo, entre el transmisor (con PID) y la válvula. La acción de control es continua como en el sistema tradicional; la señal analógica de 4-20 mA acciona la válvula. A través de la comunicación digital HART, el operador puede cambiar el punto de ajuste del lazo de control y leer la variable principal o la salida al posicionador de la válvula. Se pueden realizar ahorros sustanciales a través de esta innovadora arquitectura de control.
Fig. 4 - Algunos dispositivos HART incluyen un controlador PID en su
algoritmos, implementando una solución de control rentable
Mejor solución
El protocolo HART® permite a sus usuarios la mejor ruta de migración para disfrutar de los beneficios de la comunicación digital para la instrumentación inteligente. Ninguna otra tecnología de comunicación puede igualar la estructura de soporte o la amplia variedad de instrumentos disponibles con la tecnología HART® en la actualidad. La tecnología permite el uso fácil de productos compatibles con HART® que están disponibles comercialmente de la mayoría de los proveedores de instrumentación y que cumplen prácticamente con todas las aplicaciones de control o medición de procesos.
La aparición del bus de campo no reducirá HART® en aplicaciones nuevas o existentes. HART® brinda a sus usuarios muchos de los mismos beneficios, al tiempo que mantiene la compatibilidad y la familiaridad con los sistemas existentes de 4-20 mA. HART® permite los beneficios económicos de la comunicación remota, la flexibilidad y precisión de la comunicación de datos digitales, el diagnóstico de instrumentos de campo y el uso de instrumentos potentes con múltiples variables, sin tener que cambiar sistemas completos.
La conexión a las redes de planta actuales y futuras está garantizada por las capacidades de comunicación digital y la gran base instalada (más de 5.000.000 de instalaciones y creciendo rápidamente). El apoyo ofrecido por HART Communication Foundation garantiza que la tecnología seguirá sirviendo a las necesidades de instrumentación inteligente de hoy y de mañana.
Para obtener más información, visite el sitio web de HART en:
https://www.fieldcommgroup.org/g
Soluciones confiables
