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PROTOCOLO

HART

Redes Industriais

Aula 5

Carlos Roberto Jr

O padrão 4-20 mA

Introdução• O padrão 4-20mA foi elaborado em 1972 na tentativa de padronizar

as redes industriais, é um padrão antigo, quando comparado com

outros padrões, porém ainda muito utilizado.

• Mesmo em sistemas mais novos como em plataformas da Petrobras

ainda encontra-se, no projeto de instalação, redes que utilizam o

padrão 4-20mA devido ao alto nível de segurança exigido nas

plataformas marítimas de petróleo e o alto grau de segurança

comprovado do padrão, embora hoje exista uma tendência de

substituição pelo sistema Fieldbus.

• Vários padrões existiram mas o 4-20 mA mostrou-se mais viável e

seguro.

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O padrão 4-20 mA

Vantagens

• Vantagens do padrão:

– Os primeiros 4mA do sinal de 4-20mA é utilizado para

a alimentação do dispositivo sensor/atuador.

– Cada dispositivo possui uma faixa de operação

– Imunidade ao ruído. Como a transmissão através da

passagem de corrente por um par de fios, campos

magnéticos que atingirem o cabo

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O padrão 4-20 mA

Circuito

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O padrão 4-20 mA

Sinal

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O padrão 4-20 mA

Sensores

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O padrão 4-20 mA

Sensores

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O padrão 4-20 mA

Futuro

• Sobrevive devido segurança e confiabilidade

• Protocolos surgem substituindo tal solução, como

o Profibus

• O protocolo HART ainda fornece possibilidades

para o padrão.

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O Protocolo HART

Introdução• Foi projetado um protocolo de comunicação digital para

transmissão de informações a componentes sensores e

atuadores, totalmente compatível com o padrão 4-20mA,

o protocolo HART

• HART (Highway Addressable Remote Transducer)

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O Protocolo HART

Circuito

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O Protocolo HART

Amostra de Sinal

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O Protocolo HART

Amostra de Sinal

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O Protocolo HART

Filtragem de Sinal

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O Protocolo HART

Amostra de Sinal

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O Protocolo HART

Pacote

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O Protocolo HART

Pacote

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O Protocolo HART

Arquitetura

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O Protocolo HART

Arquitetura• A camada física (1) especifica como os dispositivos serão

conectados

– mecanicamente e eletricamente (tipo de cabo, distâncias,

aterramento)

– e define de que forma o sinal digital será codificado.

• A camada de enlace (2) divide a informação a ser

transmitida em

– pacotes, adiciona o bits referentes a detecção de erros e

controla o

– acesso ao meio.

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O Protocolo HART

Arquitetura

• A camada de aplicação (7) define os comandos,

respostas, tipos de

– dados e decodifica os relatórios de status do

dispositivo.

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O Protocolo HART

Arquitetura

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O Protocolo HART

Cabeamento• As redes HART podem ser construídas utilizando-se para tanto par

trançado, muitos cabos com diferentes características podem ser

usados

• O cabo deve atenuar no máximo -3dB na frequência de 2,5KHz, a

constante RC do cabo deve ser menor do que 65 μs, assim, para um

cabo com resistência de 50 Ohms temos um máximo valor de

capacitância de 0,26 μF.

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O Protocolo HART

Exemplo

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O Protocolo HART

Exemplo• A figura mostra um sistema de controle de vazão,

formado por um transmissor multivariável de vazão (FT -

placa de orifício, sensor de temperatura, pressão

diferencial e estática), um controlador e indicador de

vazão (FIC) e uma válvula de controle (FV), usando o

padrão 4-20 mA para a transmissão da informação.

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O Protocolo HART

Exemplo• A vazão calculada dentro do transmissor multivariável é

enviada ao controlador via um sinal de 4-20mA. O

controlador compara este valor com o SETPOINT definido

pelo usuário e define qual deve ser a abertura da

válvula, também enviando um sinal de 4-20mA.

• Apesar do FT trabalhar com 4 grandezas físicas, apenas

uma pode ser transmitida pelo sinal de 4-20mA.

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O Protocolo HART

Exemplo• Informações do processo, devem ser parametrizadas

diretamente no visor local do transmissor e controlador,

resultando em mais tempo de preparação para entrada

em funcionamento do sistema.

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O Protocolo HART

Especificações

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O Protocolo HART

Comandos

• O protocolo HART é baseado em comandos. O

mestre os envia e os escravos os respondem.

• A camada de aplicação do protocolo HART divide

os comandos do protocolo HART em três classes.

– Universais

– Comuns

– Específicos

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O Protocolo HART

Comandos• Os Comandos Universais todo dispositivo HART responde

aos comandos #0 ao #30.

• Podemos dizer que há uma interoperabilidade entre

dispositivos, mesmo de fabricantes diferentes.

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O Protocolo HART

Comandos

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• Os comandos comuns, do #32 ao #126 representa

algumas funções encontradas na maioria dos

equipamentos de campo, mas sua implementação não é

obrigatória

O Protocolo HART

Comandos• Os comandos específicos, de #128 a #253, são usados

para disponibilizar funções específicas para cada tipo de

equipamento.

• A única forma de tratar esses comandos é obter a

documentação específica junto ao fabricante, uma vez

que não há padronização.

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O Protocolo HART

Múltiplos Mestres

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O Protocolo HART

Múltiplos Mestres

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O Protocolo HART

Múltiplos Mestres

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O Protocolo HART

Exercícios• Pesquisar modelos de equipamentos HART (sensores,

válvulas, controladores)

• Anotar em uma folha por equipamento especificações

de:

– Especificação

– Comunicação

– Instalação

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