Redes industriais

Protocolo Hart

PROTOCOLO HART

PROTOCOLO HART INTRODUÇÃO

O que são protocolos de comunicação?

Na comunicação de dados e na interligação em rede, protocolo é um padrão que especifica o formato de dados e as regras a serem seguidas. Sem protocolos, uma rede não funciona. Um protocolo determina como um programa deve preparar os dados para serem enviados para o estágio seguinte do processo de comunicação.

Por exemplo: no processo de fabricação da cerveja, enquanto um PLC controla o envasamento do produto na garrafa, outro dispositivo irá controlar a aplicação da tampa na garrafa; para que cada etapa seja executada com eficiência, estes dispositivos precisam estabelecer uma comunicação estável e contínua entre si.

• HART® (Highway Addressable Remote Transducer - Via de Dados Endereçável por Transdutor Remoto) é um protocolo de comunicação bidirecional, introduzido em 1990. Utilizado em plantas industriais, no qual controla de modo padronizado o envio e recebimento de dados digitais através de cabos analógicos, entre dispositivos inteligentes e sistemas host (centralizado), é o protocolo mais difundido no mundo.

PROTOCOLO HART INTRODUÇÃO

PROTOCOLO HARTCaracterísticas do HART

• •Comprovado na prática, projeto simples, fácil operação e manutenção.

• • Compatível com a instrumentação analógica;

• • Sinal analógico e comunicação digital;

• • Opção de comunicação ponto-a-ponto ou multidrop;

• • Flexível acesso de dados usando-se até dois mestres;

• • Suporta equipamentos multivariáveis;

• • 500ms de tempo de resposta (com até duas transações);

• • Totalmente aberto com vários fornecedores;

PROTOCOLO HART

A grande vantagem oferecida por este protocolo é possibilitar o uso de instrumentos inteligentes em cima dos cabos de

4...20 mA tradicionais. Como a velocidade é baixa, os cabos normalmente usados em instrumentação podem ser mantidos.

Os dispositivos capazes de executarem esta comunicação híbrida são denominados smart.

PROTOCOLO HART ESTRUTURA DO PROTOCOLO HART

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.

PROTOCOLO HARTESTRUTURA DO PROTOCOLO HART

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.

PROTOCOLO HART ESTRUTURA DO PROTOCOLO HART

A camada de aplicação (7) define os comandos, respostas, tipos de dados e decodifica os relatórios de status do

dispositivo.

PROTOCOLO HART O SINAL HART

O sinal Hart é modulado em FSK (Chave de deslocamento de freqüência) e é sobreposto ao sinal analógico de 4..20 mA.

Para transmitir “1” é utilizado um sinal de 1 mA pico a pico na freqüência de 1200 Hz e para transmitir “0” a freqüência de

2200 Hz é utilizada. A comunicação é bidirecional.

A modulação é feita com sinais senoidais com 0,5 mA de pico de corrente. Como o valor médio de uma senóide é igual a

zero, a informação digital não altera o valor da corrente analógica.

Sinal 4-20 mA: indica a PV (variável principal) do equipamento.

Sinal Digital: comunicação via comandos (status, configurações, diagnósticos, etc).

Tipos de dispositivos Hart

MODEM FSK

INTERFACE HART

HCC301Conversor Hart para Corrente

PROTOCOLO HART

Programadores 

Equipamentos de campo e handhelds (programadores de mão) possuem um modem FSK integrado, onde via port serial ou USB de um PC ou laptop pode-se conectar uma estação externamente

HI311Interface Serial HART

A Interface Serial (RS232) HART HI321 permite a conexão física entre instrumentos de campo que utilizam protocolo HART e computadores padrão IBM. Ela é compacta, em peça única e não necessita alimentação externa

Dispositivos portáteis (handheld)

PROTOCOLO HART

O Palm como Interface para a Configuração de Instrumentos

Exemplo de Ligação entre o Palm e o Instrumento

PROTOCOLO HART

PROTOCOLO HART

O HART® é um protocolo do tipo mestre/escravo, o que significa que um instrumento de campo (escravo) somente “responde” quando “perguntado” por um mestre. Dois mestres (primário e secundário) podem se comunicar com um instrumento escravo em uma rede HART®. Os mestres secundários, como os terminais portáteis de configuração, podem ser conectados normalmente em qualquer ponto da rede e se comunicar com os instrumentos de campo sem provocar distúrbios na comunicação com o mestre primário. O mestre primário é tipicamente um SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído), um CLP (Controlador Lógico Programável), um controle central baseado em computador ou um sistema de monitoração.

Protocolo Hart

PROTOCOLO HARTMODOS DE COMUNICAÇÃO

O Protocolo HART permite que dois equipamentos Mestres acesseminformação de um mesmo equipamento de campo (escravo)

Modo BURST

Para aumentar a taxa de transações alguns equipamentos possuem o modo BURST, que é opcional pela norma HART. Nesse modo, o mestre configura o escravo ,que então envia ciclicamente mensagens contendo as variáveis dinâmicas selecionadas. Então, uma vez que cada mensagem típica tem cerca de 25 bytes, é possível obter de 3 a 4 atualizações por segundo. Após cada mensagem BURST, o equipamento aguarda um breve intervalo de tempo para dar a chance do mestre iniciar uma transação interrompendo o modo BURST ou requisitando um outro comando HART. Apenas um equipamento pode estar em modo BURST no mesmo par de fios

Alguns equipamentos HART incluem controlador PID em seus

algoritmos, implementando uma solução de controle com boa relação custo-benefício

Protocolo Hart

Conexão HART ponto-a-ponto 

Multiplexadores

Os multiplexadores funcionam como um mestre primário que realiza a leitura de todas as variáveis de processo e informação de status de todos os transmissores periodicamente, de forma independente do hospedeiro.

Conexão HART via multiplexador

PROTOCOLO HART O SINAL HART

Split-range

• A condição de split-range (Intervalo de divisão) é usada em uma situação especial onde normalmente dois posicionadores de válvulas recebem o mesmo sinal de controle, por exemplo, um operando com corrente nominal de 4 a 12 mA e o outro de 12 a 20 mA

Conexão HART via Split Range

Multidrop• O modo multidrop permite que vários equipamentos

sejam conectados em um mesmo barramento, ficando acessível a um único ponto de comunicação pelo host. A versão 7 do protocolo permite até 64 equipamentos conectados em multidrop (endereços 0 a 63), enquanto as versões anteriores permitem apenas 16 equipamentos (endereços 0 a 15).

PSI 301MVI56-HART

Multidrop

PROTOCOLO HART CABOS

A distância máxima do sinal HART é de cerca de 3000 m com cabo tipo par trançado blindado e de 1500 m com cabo múltiplo com blindagem simples.

Em longas linhas e sujeitas a interferências, recomenda-se o cabo com shield, sendo este aterrado em um único ponto, preferencialmente no negativo da fonte de alimentação.

PROTOCOLO HART CABOS

PROTOCOLO HART WIRELESS

PROTOCOLO HART WIRELESS – Elementos de Rede

Gerenciador da Rede

Ponto de Acesso a Rede

Gateway

Instrumento

Interface com Fio

Instrumento Instrumento

DCS / PLC

• Com esta variedade de funcionalidades e aplicações, o protocolo HART® oferece toda a flexibilidade e autonomia  de  que  o  usuário  necessita  para  automatizar  e  otimizar  processos,  com  facilidade  de manutenção, monitoração e diagnósticos de variáveis que sejam importantes para o correto funcionamento da planta.

PROTOCOLO HART CONCLUSÃO