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8/11/2019 Protocolo HART.pdf

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Automat ismo Indus tr ial

Integrantes:

Madriz Alfredo

Pagano GianbattistaVidal Jess


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Durante muchos aos, el estndar de

comunicacin de seales de campo utilizada

por los equipos de automatizacin de proceso

ha sido la transmisin analgica en corriente

de 4-20mA. Nos podemos encontrar an en laactualidad otros sistemas de transmisin

analgicos como transmisin en tensin de 0-

10V o 0-5V y transmisin en corriente 0-20mA,

dentro de sistemas de adquisicin de datos de

variables fsicas tpicas como: presin, nivel,

caudal, temperatura, etc.

INTRODUCCIN


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Un protocolo es un mtodo estndar que

permite la comunicacin entre procesos

(que potencialmente se ejecutan endiferentes equipos), es decir, es un

conjunto de reglas y procedimientos que

deben respetarse para el envo y la

recepcin de datos a travs de una red.

QUE ES UN PROTOCOLO ?


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En 1980 el protocolo HART fue desarrollado por Rosemount INC. Con este

propsito, HART es un acrnimo para Highway Addressable Remote

Transducer. Para difundir el uso de comunicacin digital en los dispositivos

de campo, Rosemount Inc.

El protocolo fue abierto para que otras compaas pudieran usarlo en 1990.

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 HCF fue establecida para proveer

soporte a escala mundial para la aplicacin de esta tecnologa.

UN POCO DE HISTORIA


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Describe cualquier dispositivo que incluye un

microprocesador. Esto implicara funcionalidad extra,

por encima de lo que proveen dispositivos similares

pero no basados en microprocesadores.

Proporcionan mayor precisin al compensar mediante

clculos la no - linealidad, o la dependencia detemperatura de un sensor. Podra operar con una

variedad de sensores de diferentes tipos. Puede

combinar dos medidas en una sola. O hasta podra

permitir calibracin y re-establecimiento de rangos.

Frecuentemente proveera diagnsticos internos, ypruebas automticas, para simplificar los

procedimientos de mantenimiento.

DISPOSITIVOS INTELIGENTES


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HART es un protocolo de comunicacin

de campo bi-direccional usado paracomunicarse entre instrumentos de

campo inteligentes y sistemas

anfitriones.

Es un protocolo maestro-esclavo. Puedehaber hasta dos maestros. Hasta 15

dispositivos esclavos se pueden

conectar en configuracin multipunto.

Utiliza una seal estndar de BELL, 202 codificada por desplazamiento

en frecuencia (FSK), para comunicar a 1200 baudios, superpuesta sobre

la seal de medicin de 4-20mA analgica. Teniendo un promedio de

cero, la seal codificada por desplazamiento en frecuencia no interfiere

con la seal analgica.

QUE ES HART ?


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Las caractersticas del protocolo HART son:

Control por Conteo de Bytes.

Transmisin Asincrnica HDX, punto a punto y multipunto.

Carcter Bsico de 1 bit de arranque, 8 de informacin, 1 de paridad impar y 1

de parada (NRZ ).

Una Maestra puede controlar hasta 15 Remotas. Operacin en Modo de Respuesta Normal.

Permite hasta 250 variables en cada dispositivo de campo.

Distancia mxima: hasta 3000 mt. con par trenzado apantallado calibre AWG 24

hasta 1500 m con cable multipar, par trenzado comn apantallado calibre AWG

20.

Modulacin FSK, 1200 bps, con Mdems Tipo Bell 202. Medio de transmisin: par trenzado y el lazo de corriente de 4-20 mA.

Interfaces asociadas: RS-232D y RS-485 .

CARACTERSTICAS BSICAS


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Diseado para trabajar con seales digitales de 4-20mA, el protocolo HART

soporta comunicacin digital bi-direccional entre el proceso y el sistema decontrol.

CAPAS DEL PROTOCOLO


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El protocolo Hart tiene como especificacin, que los maestros deben

transmitir una seal de voltaje, sin embargo el esclavo debe transmitir una

seal de corriente.

La seal de corriente se convierte a seal de voltaje mediante una pequea

resistencia de carga, de modo que todos los dispositivos utilizan receptores

pasivos.

La forma de onda es idealmente sinusoidal, sin embargo se acepta deforma trapezoidal, pero no una seal cuadrada.

Seal transmitida por el maestroMin 400mV p-p

max 600mV p-p

Seal transmitida por el esclavomin 0.8mA p-p

max 1.2mA p-p

Seal mnima del esclavo, convertida por una carga de 230 ohms 180mV p-p

Seal mnima del esclavo, convertida por una carga de 1100 ohms 1320mV p-p

Sensitividad del receptor(debe recibir correctamente)Seal transmitida por

el maestro

Sensitividad del receptor(debe omitir) 80 mV p-p

Niveles de la seal HART

NIVELES DE LA SEAL HART


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Lazo de conexin Simple

El lazo de conexin esta conformado por:

Fuente de alimentacin.

Sensor de campo o transmisor.

Resistencia de carga.

La seal HART debe ser introducida y leda dellazo de corriente. La fuente de poder est casi

en corto circuito para las frecuencias de la

seal Hart, por lo que dispositivos secundarios

(como el segundo maestro) no pueden ser

conectados directamente al lazo, se deben

conectar en paralelo al transmisor o a laresistencia de carga.

Un equipo con protocolo de comunicacin Hart no debe introducir ninguna carga

DC a la lnea.

CONEXIN PUNTO A PUNTO


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Configuracin de dos Maestros y un Esclavo

CONEXIN PUNTO A PUNTO


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Permite que un nico dispositivo esclavo emita continuamente un

mensaje HART de respuesta estndar.

Comunicacin Burst

COFIGURACION BURST (RAFAGA)


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Comunicacin Multipunto

El protocolo HART tambin tiene la

capacidad de conectar mltiples

dispositivos de campo sobre el

mismo par de hilos en una configuracin

de red multipunto. En la configuracinmultipunto, la comunicacin est

limitada a la comunicacin digital

maestro/esclavo.

La corriente a travs de cada dispositivo

esclavo se fija al mnimo valor paraalimentar el dispositivo.

CONFIGURACIN MULTIPUNTO


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Al implementar un protoloco de campo digital como el

Hart se pueden observar los siguientes parmetros:

Datos Digitales:valores de datos estndares para cada

dispositivo Hart.

Identificacin del dispositivo:etiqueta del dispositivo,

vendedor, tipo de dispositivo y revisin, nmero serial

entre otros.

Datos de calibracin:rango de valores altos y bajos, lmites mximos y

mnimos del sensor, ltima fecha de calibracin etc.

Variables del proceso:valores primarios y secundarios de medicin.

Estado/Alertas:mal funcin del dispositivo, cambios de configuracin falla de

energa y reinicio, lazo de corriente saturado, variables primarias y secundarias

fuera de los lmites, error en la comunicacin,

DATOS CONTENIDOS EN EL MENSAJE


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Existen muchas razones por las

cuales nos debemos comunicar con

los equipos. Entre ellas tenemos:

Configuracin del equipo.

Diagnostico del equipo.

Localizar averas.

Verificar la integridad del lazo.

Averas en el proceso.

La configuracin de los equipos se

puede realizar de dos modos:

Utilizando un computador personal.

Utilizando equipo de mano.

COFIGURACION DE LOS EQUIPOS

Hand-Held ABB
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/hand-held%20ABB.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/hand-held%20ABB.pdf


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La instalacin de la comunicacin HART con los

dispositivos, es la misma que la del lazo deinstrumentacin de 4-20mA. Se utiliza par trenzado

blindado para largas distancias. El tamao ms

pequeo del conductor debe ser #24 AWG para

cables con una distancia menor a 1,5 Km y #20 AWG

para distancias mayores.

Aterramiento:Para prevenir interferencia por lasseales externas, es importante aterrar el sistema

correctamente.

Fuente de poder:La energa para un lazo de dos hilos del instrumento es

tpicamente C.C. 24V. Como siempre, el voltaje debe ser el necesario para

mantener el dispositivo de campo, considerando cadas de voltaje en el cable y

el resistor de la carga.

Maximum ripple (47 to 125 Hz) 0.2 V p-p

Maximum noise (500 Hz to 10 kHz) 1.2 mV rms

Maximum series impedance (500 Hz to 10 kHz) 10

Especificaciones de la fuente de Poder

CABLEADO Y CAPACITANCIAS


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La mayora de las instalaciones estn en conformidad con el lmite terico de

3.000 metros (10.000 pies) para la comunicacin HART. Sin embargo, las

caractersticas elctricas del cable (sobre todo capacitancia) y la combinacin

de dispositivos conectados pueden afectar a la longitud de cable mxima

permitida de una red HART.

CABLEADO Y CAPACITANCIAS


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La trama del protocolo HART esta conformado por:

Trama HART

Nombre del Campo Longitud (Bytes) Propsito

Prembulo 5-20 Sincronizacin y deteccin de portadora

Byte de Inicio 1 Especifica el nmero del maestro

Direccin 1-5Especifica el esclavo, especifica el maestro y el modo

rfaga

Comando 1 Valor numrico del comando a ser ejecutado.

Conteo de bytes 1 Indica el tamao de los datos de campo.

Estado Maestro (0) Esclavo (2) Ejecucin y respuesta del estado.

Informacin 0-253 Datos asociados con el comando.

Checksum 1 XOR desde el bit de inicio hasta el final de los datos.

TRAMA DEL PROTOCOLO HART


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Prembulo:

Es una secuencia de 5 a 20 octetos o bytes de puros

UNOS que permite la sincronizacin de la trama.

Byte de partida:

Indica el tipo de mensaje:maestra a esclava, esclava

a maestra, modo rfagas desde una esclava, etc.

Puede indicar tambin el formato del campo

direcciones:formato corto o formato largo.

En el modo rfagas (Burst mode) una esclavatransmite continuamente un mensaje dado a una

velocidad de 3 a 4 mensajes por segundo. Se pueden

alcanzar velocidades superiores pero solamente

en configuraciones punto a punto.



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Direcciones.

Incluye tanto la direccin de la maestra (un UNO para

la maestra primaria o un CERO para la maestra

secundaria o porttil) y la direccin de la esclava.

En formato corto, la direccin de la esclava es de 4

dgitos que contienen la direccin de interrogacin de

0 a 15. En formato largo, la direccin de la esclava es

de 38 dgitos que contienen un identificador unvoco

de un dispositivo en particular, y un dgito para indicar

que la esclava est en modo rfagas.

Comando:

Contiene el comando o funcin especfica del

mensaje. Los tipos de comando son: comandos

universales, comandos comunes y comandos

especficos de dispositivo.



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Informacin:

Puede estar o no presente, dependiendo del tipo de

mensaje. Su longitud mxima es de 25 bytes, aunque

en algunos sistemas se puede encontrar campos de

ms de 25 bytes.

BCC.:

Contiene el resultado de una operacin en Or-

exclusivo o paridad par longitudinal, efectuada desde

el Octeto de Control hasta el campo Informacin.Junto con el bit de paridad de cada byte, determina o

detecta los errores de comunicacin.



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El Conjunto de Comandos HART est organizado en tres grupos y provee el

acceso en lectura/escritura a toda la informacin:

El conjunto de comandos comprende tres categoras:

Comandos Universales:Proveen el acceso a informacin que es til en

las operaciones normales, por ejemplo, el fabricante del instrumento, el

modelo, nmero de serie, rango de operacin, variables fsicas, etc.

Comandos comunes:Proveen el acceso a funciones que pueden

efectuarse en muchos dispositivos pero no en todos, como, por ejemplo,

leer variables, calibracin (cero, rango), iniciar autotest, valores constantes,

etc.

Comandos especficos de dispositivo: Proveen el acceso a funcionesque son propias de un dispositivo de campo particular, como, por ejemplo,

funciones especficas del instrumento, arranque/pare/reset, seleccionar la

variable primaria, habilitar el control PID, sintonizar el enlace, opciones

especiales de calibracin, etc.

COMANDOS HART


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Comandos Universales Comandos prcticos

comunes

Comandos especficos del

dispositivoLectura del fabricante y tipo de

dispositivo.

Leer la seleccin de cuatro variables

dinmicas

Leer o escribir low-flow, cut-off

Lectura de la variable principal y sus

unidades

Escribir el rango de valores del

dispositivo

Iniciar, parar o limpiar el totalizador.

Leer la corriente de salida y el

porcentaje del rango

Calibrar ( ajustar el cero y el span) Elegir la variable primaria (masa, flujo,

o densidad)

Leer hasta cuatro variables dinmicaspredefinidas

Configurar la salida de corriente Ajustar el sensor d calibracin

Leer o escribir 32 caracteres de

mensaje

Realizar un auto-test Habilitar el PID

Leer rangos de valores del dispositivo,

unidades y tiempos de actualizacin

Ajustar el cero de la variable primaria Escribir el punto de ajuste del PID

Escribir y leer el numero final de

ensamblado

Escribir la unidad de la unidad primaria Caracterizacin de vlvulas

Escribir la direccin de preguntas Ajustar el DAC a cero y su ganancia Ajuste de vlvulas

Habilitar el PID Unidades de usuario

Escribir el punto de configuracin del

PID

Informacin de muestreo local

Unidades de usuario Unidades de usuario

Informacin de muestreo local Informacin de muestreo local

COMANDOS HART


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Comandos de identificacin de direcciones

Cada dispositivo HART posee una direccin de 38 dgitos que contiene el cdigo de

identificacin del fabricante, el cdigo del dispositivo y el nmero de identificacin

particular del dispositivo.

La maestra HART debe conocer esa direccin para poder interactuar con dicho

dispositivo. La maestra puede conocer la direccin de una esclava mediante doscomandos que hacen que la esclava responda dando su direccin. Estos comandos,

0u 11, son:

0. Leer Identificador Unvoco: Permite a la maestra conocer la direccin de cada

esclava sin interactuar con o sin intervencin del usuario. Cada direccin de

interrogacin (de 0 a 15) permite conocer la direccin propia de cada dispositivo decampo.

11. Leer Identificador Unvoco por Etiqueta: Es til cuando hay ms de 15

dispositivos en la red o si los dispositivos no fueron configurados con direcciones

unvocas.

COMANDOS HART


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Wireless HART es un protocolo de comunicaciones de la red de

acoplamiento de la radio para los usos de la automatizacin deprocesos. Agrega capacidades sin hilos al protocolo HART

mientras que mantiene compatibilidad con los dispositivos, los

comandos, y las herramientas existentes del HART.

La red utiliza IEEE 802.15.4 radios

compatibles que funcionan en la

banda de radio industrial,

cientfica, y mdica de 2.4GHz.

Esta tecnologa se ha probado en

ensayos prcticos e instalaciones

verdaderas de la planta a travs

de una gama amplia de industrias

del control de proceso.

WIRELESS HART


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WIRELESS HART


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APLICACIONES


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APLICACIONES


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APLICACIONES


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Uso actual de las seales de

instrumentacin industrial

Predicciones

PREDICCIONES Y USOS


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VENTAJAS

Algunas de las ventajas de este protocolo con tecnologa abierta son los

siguientes:

4-20mA compatibilidad simultnea con la informacin digital disponible.

Fcil de utilizar y comprender.

De bajo riesgo - muy precisa y robusta.

Costo-efectiva aplicacin tanto para usuarios como para los proveedores.

Disponible en una amplia variedad de tipos de dispositivos.

Apoyado por la mayora de la industria de dispositivos y sistemas de los

proveedores.

Plenamente interoperables y fiables.

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