Protocolo Hart

 

PROTOCOLO HART ¿Qué es HART? La mayoría de los dispositivos inteligentes de campo instalados alrededor del mundo son compatibles con HART. Pero algunos de los nuevos en el campo de la automatización pueden necesitar una actualización sobre esta poderosa tecnología. En pocas palabras, el Protocolo HART (transductor remoto direccionable en red) es el estándar mundial para enviar y recibir información digital a través de cables analógicos entre dispositivos inteligentes y el sistema de control o de monitoreo. Más específicamente, HART es un protocolo bidireccional de comunicación que suministra acceso de datos entre instrumentos inteligentes de campo y sistemas centrales. Un sistema central puede ser cualquier aplicación de software desde el dispositivo de mano o laptop del técnico hasta el control de procesos de una planta, gestor de activos, seguridad u otro sistema que use cualquier plataforma de control. UNA ACTUALIZACIÓN DIGITAL PARA PLANTAS EXISTENTES  EXISTENTES   La tecnología HART ofrece una solución confiable a largo plazo para operarios de planta pl anta que buscan los beneficios de dispositivos inteligentes con comunicación digital  – que está incluida en la mayoría de los dispositivos dispositivos en instalación. instalación. Sin embargo, en muchos muchos casos, la mayoría de las aplicaciones no pueden actualizar sus sistemas de automatización existentes con un sistema que pueda aceptar los datos digitales suministrados por el Protocolo HART. Debido a que hoy en día la l a mayoría de las redes de automatización en operación se basan en el cableado analógico tradicional de 4 a 20 mA, la tecnología HART desempeña un papel fundamental porque la información digital se comunicará al mismo tiempo con la señal de 4-20 mA. Si ésta, no habría comunicación digital. UNA FUNCIÓN DIGITAL CRÍTICA  CRÍTICA  La Tecnología HART es fácil de usar y muy confiable cuando se usa para poner en servicio y calibrar dispositivos inteligentes así como para diagnóstico continuo en línea. Hay varias razones para que una unidad central se comunique con los dispositivos inteligentes. Éstas incluyen:  

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Configuración o reconfiguración del dispositivo Diagnóstico del dispositivo Identificación y corrección de problemas del dispositivo Lectura de valores de medición adicionales suministrados por el dispositivo Estado de operación y bienestar del dispositivo

 

 

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Mucho más: Hay muchas ventajas por utilizar la tecnología HART y más usuarios están reportando beneficios en sus proyectos en forma continua. Para más información, por favor visite  visite Historias de éxito  éxito 

Muchos años de éxito y la obtención de estos beneficios explica por qué la l a tecnología HART es el más grande de todos los protocolos de comunicación, instalado en más de 30 millones de dispositivos en todo el mundo. Si usted ha usado una línea telefónica terrestre y observado la pantalla del identificador de llamadas para saber quién llama, ya conoce la mitad de lo que hace el Protocolo HART, identifica quién llama. En una red de automatización industrial "quién" es un dispositivo inteligente de campo basado en un microprocesador. Además de permitir que dichos dispositivos inteligentes de campo "llamen a casa", la comunicación HART permite al sistema central enviar datos al instrumento inteligente. HART surgió a finales de la década de 1980 sobre la base de la misma tecnología que llevó a la identificación de llamadas l lamadas de telefonía analógica. Ha experimentado un desarrollo continuo, hasta e incluyendo los productos de automatización ya a la venta con función f unción de comunicación HART inalámbrica integrada.

“HART” es un acrónimo en inglés para Transductor Remoto Direccionable en Red. El

Protocolo HART usa la norma Bell 202 Modulación por desplazamiento de frecuencia o MDF (FSK en inglés) para empalmar señales digitales de comunicación comunicació n a bajo nivel sobre 4 a 20 mA.

 

Esto permite la comunicación bidireccional en campo y hace posible la transmisión de información adicional más allá de sólo las variables normales de proceso comunicadas de y hacia un instrumento inteligente de campo. El Protocolo HART se comunica a 1200 bps sin interrumpir la señal de de 4 a 20 mA y permite a la aplicación central (maestra) (maestra) obtener dos o más actualizaciones digitales por segundo de un dispositivo inteligente de campo. Ya que la señal digital MDF es de fase continua no hay interferencia con la señal de 4 a 20 mA. La Tecnología HART es un protocolo maestro/servidor, lo cual significa que un dispositivo inteligente de campo (servidor) sólo habla cuando le habla un maestro. El Protocolo HART se puede utilizar en diversos modos, como punto a punto o multipunto para transmitir información hacia y desde los instrumentos inteligentes de campo y el control central o los sistemas de monitoreo. La comunicación HART se produce entre dos dispositivos habilitados con HART, típicamente un dispositivo de campo inteligente y un sistema de control o monitoreo. La comunicación se produce mediante un cable de instrumentación de calidad estándar y el uso de prácticas de cableado y terminación estándar. El protocolo HART proporciona dos canales de comunicación simultáneos: la señal analógica de 4 a 20 mA y una señal digital. La señal de 4 a 20 mA comunica el valor primario medido (en el caso de un instrumento de campo) con el circuito de corriente 4 a 20 mA, el estándar más rápido y más fiable de la industria. Información adicional del dispositivo se comunica mediante una señal digital que se superpone a la señal analógica. La señal digital contiene la información i nformación del dispositivo incluyendo el estado del dispositivo, diagnóstico, valores medidos o calculados adicionales, etc. Juntos, los dos canales de comunicación proporcionan una solución completa de comunicación de campo muy robusta a bajo costo que es fácil de usar y configurar.

 

 

Figura 2. Dos canales de comunicación El Protocolo HART suministra hasta dos maestros (primario y secundario). Esto permite usar maestros secundarios como comunicadores de mano sin interferir con las comunicaciones desde y hasta el maestro primario, es decir, el sistema de control / monitoreo.

Figura 3. Maestros primarios primarios y secundarios El protocolo HART permite toda la l a comunicación digital con los dispositivos de campo en configuración de red punto a punto o multipunto:

 

 

Figura 4. Configuración Punto a Punto Configuración Multipunto  Multipunto  También hay una opción de modo de comunicación "ráfaga" donde un solo dispositivo servidor puede transmitir continuamente un mensaje de respuesta estándar HART. Con este modo de comunicación ráfaga opcional son posibles mayores tasas de actualización y el uso normalmente se limita a la configuración punto a punto.

Figura 5. Configuración Multipunto

 

Especificaciones HART El Protocolo HART se desarrolló a finales de la década de 1980 y fue transferido a la Fundación HART a principios de la década de 1990. Desde entonces se ha actualizado actualiza do varias veces. Cuando se actualiza el protocolo, se hace de manera que asegura la compatibilidad con versiones anteriores. La versión actual del Protocolo HART es la revisión 7.3. El "7" denota el nivel de revisión mayor y el "3" denota el nivel de revisión revis ión menor. El Protocolo HART implementa la arquitectura jerárquica 1, 2, 3, 4 y 7 del modelo de protocolo de 7 niveles de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI): El Nivel Físico HART está HART está basado en la norma Bell 202, usa la modulación por desplazamiento de frecuencia (MDF) para comunicarse a 1200 bps. Las frecuencias de señal que representan los valores de bit 0 y 1 son 2200 y 1200 Hz respectivamente. Esta señal se superpone a un nivel bajo en la señal de medición analógica de 4 a 20 mA sin causar ninguna interferencia con la señal analógica. El nivel de Enlace de Datos HART define El nivel HART  define un protocolo maestro-servidor - en uso normal, un dispositivo de campo sólo contesta cuando le hablan. Puede Pu ede haber dos maestros, por ejemplo, un sistema de control como maestro primario y un comunicador portátil HART como maestro secundario. Las reglas de tiempo definen cuando puede cada maestro iniciar una transacción de comunicación. Se pueden conectar hasta 15 o más dispositivos servidores a un par individual de cable multipunto. El Nivel de red suministra enrutamiento, seguridad El Nivel seguridad de punta a punta y servicios de transporte. Éste gestiona "sesiones" para comunicación de punta a punta con los dispositivos correspondientes. El nivel de transporte: El Nivel de Enlace de Datos asegura que las comunicaciones sean propagadas correctamente correctamente de un dispositivo a otro. El Nivel de Transporte se puede usar para asegurar que la comunicación de punta a punta sea correcta. El Nivel de Aplicación define los comandos, respuestas, tipos de datos e informes de estado respaldados por el Protocolo. En el Nivel de Aplicación, los comandos públicos del protocolo se dividen en cuatro grupos principales: 1.  Comandos universales - suministran funciones que se pueden implementar en todos los dispositivos de campo 2.  Comandos de Práctica Común - suministran funciones comunes para muchos, pero no para todos los dispositivos de campo 3.  Comandos Específicos para Dispositivo - suministran funciones que son únicas para un dispositivo de campo en particular y son especificadas por el fabricante del dispositivo

 

4.  Comandos para Familia de Dispositivos - suministran un juego de funciones estandarizadas para instrumentos instrumentos con tipos particulares de medición y permiten el acceso genérico total sin usar comandos específicos para un dispositivo.

Beneficios de usar la comunicación HART Los ingenieros que operan en entornos de automatización análoga no necesitan mencionar las palabras "si sólo" como en "si sólo pudiera obtener la información del dispositivo sin tener que ir al sitio" o "si sólo pudiera cargar esta información de configuración de ese transmisor de presión a mi PC". Los usuarios alrededor del mundo que han obtenido los beneficios de comunicación HART saben que pueden tener visibilidad rápida y fácil a dispositivos en el campo al usar dispositivos de calibración, de prueba y computadoras portátiles equipadas con HART. De hecho, los diagnósticos, pruebas y configuración de dispositivos nunca han sido tan fáciles. Sin embargo, muchos aún no han obtenido los mayores beneficios de la l a tecnología HART que resultan de conexiones de tiempo completo con la l a gestión en tiempo real de activos y/o sistemas de control. La tecnología HART le puede ayudar a:  a:   

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Aprovechar las capacidades de un juego completo de datos de dispositivos di spositivos inteligentes para mejoras operativas. Tener advertencia temprana de variaciones en el rendimiento de dispositivos, di spositivos, productos o procesos. Acelerar el tiempo de identificación y corrección de problemas entre el diagnóstico y la solución. Validar en forma continua la integridad de los circuitos y estrategias del sistema de control / automatización. Aumentar la productividad del equipo y disponibilidad del sistema.

Aumentar la disponibilidad de la planta  planta   

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Integrar dispositivos y sistemas para detección de problemas previamente no detectables. Detectar en tiempo real problemas de conexión de dispositivos y/o procesos. Minimizar el impacto de desviaciones al tener advertencias nuevas y oportunas. Evitar el alto costo de paros o interrupción de procesos no programados.

Reducir los costos de mantenimiento mantenimiento    

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Verificación rápida y validación de circuitos ci rcuitos de control y configuración de dispositivos. Uso de diagnóstico remoto para reducir las pruebas de campo cam po innecesarias.

 

 

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Captura de datos de tendencias de rendimiento para diagnóstico de mantenimiento predictivo. Reducción del inventario de refacciones y costos de administración de dispositivos.

Mejorar el cumplimiento reglamentario  

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Activar la documentación automatizada para datos de cumplimiento. Facilitar la prueba de paros automáticos de seguridad. Elevar el nivel de integridad de seguridad (SIL) con diagnósticos avanzados. Tomar ventaja de dispositivos inteligentes multivariables para informes más precisos y completos.

Las características estándar de la tecnología Hart van desde la compatibilidad simple con las redes análogas de de 4 a 20 mA existentes a una amplia selección selección de productos:  

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Compatibilidad con alambrado de 4 a 20 mA estándar Transmisión simultánea de datos digitales Simplicidad a través de interfases por menús intuitivos Reducción de riesgo a través de un protocolo robusto y preciso Facilidad de implementación para máxima efectividad de costo "de entrada" Amplia selección de productos, con dispositivos compatibles y aplicaciones de software de la mayoría de los proveedores de automatización de procesos Independencia de plataforma para interoperatividad total en entornos multiproveedor

Soporte alrededor del mundo por los principales proveedores La mayoría de los principales proveedores de instrumentación de procesos y sistemas de control del mundo, que abarcan a la mayoría de las soluciones de la industria, ofrecen soporte activo para la tecnología HART. Hay más de 990 dispositivos registrados en 20 categorías de dispositivos manufacturados por más de 230 miembros de la Fundación de Comunicación HART.

 

 

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Introducción  Fieldbus (Bus de Campo) es el nombre de una familia una familia de de protocolos  protocolos industriales de redes de  redes informáticas utilizados para redes de control de  control industrial en tiempo en tiempo real, estandarizado como norma IEC 61158. Es una manera de conectar los instrumentos en una planta de fabricación. Fieldbus puede trabajar en estructuras en  estructuras de de red  red que normalmente permite la conexión de topologías de  topologías de red en cadena, estrella, anillo, ramas, árboles. ramas, árboles.  

Los encargados de desarrollar estos protocolos fueron un consorcio de industrias de  industrias que se denominaron "Fieldbus Foundation (Fundación Fieldbus)", que sin fines de lucro, buscaron integrar las comunicaciones las comunicaciones a niveles de campo. Fieldbus Foundation representa los principales proveedores de principales proveedores

 

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la la industria  industria de automatización de  automatización de procesos de  procesos y los usuarios el mundo. Han asumido un papel de liderazgo de liderazgo en el desarrollo el desarrollo de finales buses en de todo campo de las comunicaciones digitales y las arquitecturas de sistemas de  sistemas integrados basados en normas en  normas regionales e internacionales. Historia  La Fundación Fieldbus ha dado varios pasos para adquirir la madurez y la aceptación para su tecnología. su tecnología.   A continuación algunos acontecimientos que se han dado en este camino. Finalización de las especificaciones del anteproyecto del anteproyecto H1, mayo de 1995. Demostración de la tecnología H1 en Monsanto Chocolate Bayou, octubre de 1996. El registro El  registro de los primeros productos primeros productos Fieldbus H1, septiembre de 1998. Finalización de los proyectos los proyectos de especificación preliminar del Ethernet del Ethernet de alta velocidad alta  velocidad (HSE), septiembre de 1999. El registro de los primeros dispositivos de enlace HSE, mayo de 2001. Demostración de HSE y los bloques flexibles de función de  función (ICAR), mayo de 2005. Finalización de las especificaciones del protocolo del protocolo SIF, 2005. Demostración de la Tecnología de SIF en "Shell Global Solutions", Amsterdam, mayo de 2008. Internacionalmente, las asociaciones de usuarios finales, tales como NAMUR (Alemania)   y Jemima (Japón) (Alemania) (Japón)   han expresado su apoyo a la Fundación. Así también esta estandarización fue reconocida por organismos internacionales de gobierno, de  gobierno, como:  como:  ANSI / ISA, ISA, septiembre septiembre de 1992 IEC, diciembre de 1999 CENELEC, marzo de 2000

 

Como funciona Fieldbus  Hay dos partes importantes de la arquitectura la arquitectura del del sistema  sistema Fieldbus: la interconexión y aplicación. La interconexión se refiere a la transmisión de datos de  datos desde un dispositivo a otro, puede ser un dispositivo de campo, operador de consola o un configurador. Esta es la parte del protocolo de  comunicación de bus de campo. La aplicación es la función de automatización que el sistema realiza. Mediante la estandarización de parte de la aplicación, Fieldbus ha ido más lejos que cualquier otro estándar de comunicación, garantizando la interoperabilidad entre los productos. Información general  La arquitectura de aplicación de Fieldbus se apoya en la distribución la  distribución de las tareas de automatización a los dispositivos de campo que están interconectados a  una red.   Las red. Las funciones  funciones más básicas realizadas por un dispositivo se modelan como bloques. Los bloques cooperan y se interconectan entre sí, apoyando a la propagación de parámetros entre los dispositivos, y el operador. La arquitectura de interconexión Fieldbus se basa en un subconjunto de tres capas de la arquitectura OSI arquitectura OSI (interconexión de sistemas abiertos), modelo abiertos),  modelo de referencia elaborado por la ISO la ISO (International Organization for Standardization).

Los Los modelos  modelosde de aplicación la aplicación OSI, la gestión la  gestión del en sistema, así como también la arquitectura de Fieldbus, se basan conceptos de  Programación de Programación Orientada a Objetos (POO). Ambas modelos, OSI y OOP se utilizan para simplificar la comprensión de la funcionalidad de fieldbus. Modelo OSI El modelo de referencia OSI es un estándar reconocido internacionalmente para arquitecturas de red en la que se basan las redes abiertas. El estándar se ha desarrollado como un modelo para las telecomunicaciones las  telecomunicaciones en todos los niveles. Todas las funciones (tales como: hacer frente a las instalaciones, la comprobación de errores y codificación y codificación y decodificación) de una red se han agrupado en conjuntos en  conjuntos lógicos llamados capas, que en total son siete. La parte de la aplicación realizada por el sistema, se realiza en un dispositivo que se llama el proceso de aplicación (AP). Una capa de la pila sólo interactúa con las capas inmediatamente por encima y por debajo.