Area de electricidad Y electronica.
NOMBRE: Carlos Carcamo, Gregori Missini CARRERA: Ing. En Automatización y Control Industrial ASIGNATURA: ASIGNATURA: Instrumentac Instrumentación ión Inteligente Inteligente PROFESOR: Héctor Carrillo FECHA: 11/09/2017
1 Introducción. En los tiempos modernos la industria evoluciona constantemente, su fin, ser más eficientes y competitiva. HART es uno de los diferentes protocolos utilizados en la automatización, pero lejos es la mejor opción para obtener información de diagnostico, este logra mantener la compatibilidad con los sitemas de automatización de 4-20 mA disponibles, por otro lado puede entregar beneficios como: una fácil instalación, una puesta en marcha de operación sencilla y mantenciones de los sistemas en una forma ágil y veloz. En el presente informe pretendemos dar un panorama de los puntos fundamentales de este protocolo de comunicación, describir el como trabaja, y cuando es logico utilizarlo.
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2 ¿Qué es el Protocolo HART? Es un protocolo de comunicación utilizado principalmente para el control de procesos, por medio de la configuración remota de los dispositivos de campo, al su vez recolecta las variables que estos operan. Su nombre es un acrónimo para highway addressable remote transducer ó
trans ductor remoto direcc ionable. Es llamado támbien protocolo hibrido, ya que logra combinar la comuicación analogica con la digital. Puede comunicar una sola variable analógica de 4-20 mA, mientras comunica información agregada en una señal digital. Fue creado en los años 80 por la compañía ROSEMOUNT Inc., siendo liberado posteriormente para el uso de su patente de manera abierta. En los años 90 las empresas que lo habían adoptado como norma crearon la HFC ó HART Communication Fundation, que es una organización sin fines de lucro que busca dar soporte para la aplicación de esta tecnología. Hoy en día es esta fundación quien maneja los estándares del protocolo, al igual que la propiedad intelectual sobre estos últimos. Realiza también capacitación y difusión del mismo para su uso en la industria.
3 Modos de Comunicación. 1. Maestro – Esclavo: durante el ciclo normal de operación de este protocolo es el dispositivo maestro el que inicia la comunicación con cada uno de los dispositivos conectados en su red. En este modo es posible conectar dos maestros al mismo flujo de datos. En este modo es usual que el maestro primario sea un sistema de control distribuido (DCS), un controlador lógico programable (PLC) o un computador personal (PC). El maestro secundario puede ser un terminal portátil u otro PC. Los dispositivos esclavos pueden ser transmisores, sensores, actuadores y controladores que funcionan como esclavos del controlador primario.
2. Ráfaga: algunos dispositivos HART soportan este método de comunicación, consiste en una forma más rápida de obtener la información, llegando a 3 ó 4 actualizaciones por segundo. En este formato el controlador ordena al dispositivo esclavo a de manera constante enviar un mensaje de respuesta estándar HART (ejemplo variable de proceso). El maestro recibirá esta señal constante hasta que ordene al esclavo detener este tipo de comunicación.
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4 Frecuencia de Comunicación. La frecuencia utiliza por el protocolo de comunicación HART está basada en el estándar de comunicación telefónica BELL 202 y utiliza el principio de la Modulación por Desplazamiento de Frecuencia (FSK). Esto implica que la señal se encuentra formada por dos frecuencias estableces de 1.200 Hz y 2.200 Hz que representan a los bits 1 y 0 respectivamente. Ondas sinusoidales de ambas frecuencias se encuentran superpuestas en la señal analógica DC de los cables de comunicación. Esto permite que exista comunicación analógica y digital de manera simultánea, esto porque el valor promedio de la señal FSK es siempre cero y esto no interrumpe la señal analógica. La señal digital de comunicación tiene un intervalo de respuesta de 2 a 3 actualizaciones de datos por segundo, sin interrumpir la señal analógica.
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5 Arquitectura de la Red HART. 1. Punto a Punto: en este modo de operación la señal de 4-20 mA solo se usa para transmitir una sola variable de proceso. Variables adicionales, parámetros de configuración y cualquier otra cadena de datos se transportan usando el protocolo HART. La señal analógica no se afectada por la comunicación HART y puede seguir siendo utilizado para el control.
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2. Multidrop: el funcionamiento de esta arquitectura requiere solamente un par de cables. Y de ser necesario protecciones de seguridad para alojar hasta 15 dispositivos de campo. Todas las variables de proceso se transmiten analógicamente. En este modo todas las direcciones de sondeo de los dispositivos deben mayores a 0 y la corriente mínima que pasa por cada dispositivo se fija a un mínimo de 4 mA.
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6 Ventajas y Desventajas de la Comunicación HART. 1. Ventajas.
Provee una comunicación digital de dos vías con los dispositivos conectados. Es el protocolo con mayor soporte a nivel mundial en la actualidad. Provee una solución de comunicación que es compatible con versiones anteriores de si misma. Flexibilidad en el uso de las líneas de comunicación actuales a futuro. El tiempo que requiere la instalación y puesta en marcha de los dispositivos es muy menor en comparación a los sistemas analógicos. Configuración de dispositivos similares pueden ser copias para acelerar la puesta en marcha. La comprobación de integridad del lazo se logra fácilmente ajustando la referencia en el dispositivo transmisor. El protocolo soporta múltiples dispositivos en un solo para de cable de comunicación. Dispositivos multivariable reducen de manera significativa la cantidad de equipos necesarios en campo. Algunos dispositivos de campo HART tienen integrado control PID, eliminando la necesidad de un controlador.
2. Desventajas.
Requiere personal especializado para su instalación, puesta en marcha y mantenimiento. Alto de costo de los componentes utilizados. Costoso de implementar.
7 Cableado e Instalación. 1. Cableado.
El cableado utilizado en este tipo de protocolo es el mismo que se utiliza para la instrumentación de 4-20mA. Un par de cables trenzados blindados individualmente sea usando un par o varios es lo recomendado. Es posible utilizar cables sin blindar, pero solo para distancias cortas, siempre que el ruido ambiente no afecte a la comunicación, la velocidad de esta última es de 1.200 bits por segundo. El diámetro mínimo del conductor debe ser de 0.51mm (AWG #24) para distancias menores a 1.524m y 0.81mm (AWG #20) de diámetro para distancias mayores. La mayoría de las instalaciones rondan los 3.000m que es el limite teórico de las comunicaciones HART. Adicionalmente factores como la capacitancia del material conductor y el número de dispositivos conectados a la red HART pueden disminuir esta distancia teórica.
Número de Dispositivos en Red
65 (pf/m)
95 (pf/m)
160 (pf/m)
225 (pf/m)
1 5 10 15
2.769m 2.462m 2.154m 1.846m
2.000m 1.815m 1.600m 1.415m
1.292m 1.138m 1.015m 892m
985m 892m 769m 708m
8 Seguridad Intrínseca. Es el método seguro de operación de dispositivos electrónicos relacionados con el control de procesos en instrumentación en áreas peligrosas. Este sistema se asegura de mantener la energía del sistema lo suficientemente baja para evitar la ignición de los componentes en la atmosfera en el área. Al tiempo que no interfiere con la comunicación de los dispositivos conectados. Ningún dispositivo es seguro por si solo, pero lo puede ser si se aplican los protocolos de operación correctos. Es entonces cuando la seguridad del dispositivo se vuelve intrínseca. En la instrumentación analógica, la energía puede ser limitada sin la necesidad de tierra, usando cualquiera de los siguientes métodos.
1. Barrera Zener: se utiliza al diodo Zener para reducir el voltaje hacia el área de riesgo. En conjunto a una resistencia y un fusible para limitar la corriente. Este sistema debe contar con una tierra propia independiente de la que posea la planta. Esta tierra se conoce como equipo potencial y debe ser diseñada acorde a los equipos conectados.
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2. Aisladores: se utiliza un aislador capaz de replicar la señal de 4-20mA que viene del transmisor y transmitir esta señal hacia la zona segura. Esto se consigue con el uso de un transformador de aislamiento, que hace las veces de aislamiento entre la entrada, la salida y la alimentación, evitando de esta forma los picos y ruido que se puedan generar. Para los excesos de voltaje y corriente se siguen utilizando diodo Zener, fusible y resistencia. No se necesita disponer de una tierra.
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9 Conexionado Eléctrico.
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