Experimento 3 Configuración de un Transmisor de Temperatura Industrial con protocolo Hart

Materiales:

Resistencias 1(250Ω) ó [1(100Ω) y 1(150Ω)]

Otros Termopar, RTD (PT100) , Drywell (pozo seco) , Configurador (375), transmisor de temperatura

Hart.

Teoría e información útil para el experimento:

En este experimento te familiarizaras con el Transmisor de Temperatura tipo Hart y con el configurador

375. El protocolo Hart permite al instrumento transmitir por un mismo cable una señal analógica de 4 a

20 mA que representa el valor de la variable medida y a la misma permitirle a un configurador

comunicarse con el instrumento para ajustar los parámetros de operación del mismo además de leer

condiciones internas y los parámetros que han sido configurados en el instrumento. El transmisor de

temperatura usado en este experimento utiliza las tecnologías analógicas y digitales para transmitir la

señal de la variable de temperatura medida (analógica) y las señales de configuración, estados etc. del

transmisor (digital). El configurador 375 usado en este experimento permite trabajar con instrumentos

del tipo Hart y Fieldbus para establecer los parámetros de operación de los mismos. La tecnología

Fieldbus es completamente digital y será estudiada en otro experimento en este manual de laboratorio.

El estudiante aprenderá como comunicarse con el transmisor de temperatura, y configurará sus

unidades de medida (grados centígrados, Fahrenheit, Kelvin etc.). Además aprenderá a ajustar el rango

de temperaturas para las cuales el transmisor producirá una corriente de 4 mA para la temperatura

mínima (LRV o “lower range value”) y una corriente de 20mA para la temperatura máxima (URV u

“upper range value”). También aprenderá a configurar al transmisor de temperatura para decirle si

tiene conectado como elemento de medida de temperatura a un RTD o a un Termopar. Si es un RTD

configurará el tipo de RTD (PT100, PT1000, etc.), y la cantidad de hilos (alambres) del RTD. Si es un

termopar configurará el transmisor de temperatura con el tipo de termopar usado (termopar tipo J, K

etc.). El estudiante viajará por los diferentes menús del instrumento para familiarizarse con los mismos y

observará que acciones se pueden llevar a cabo en cada menú). El 375 es un instrumento sofisticado

con una variedad de funciones que le permiten configurar instrumentos Hart y Fieldbus. Tiene una

pantalla que funciona con el tacto y presenta la información en diferentes menús que le permiten al

usuario entrar y cambiar los distintos parámetros de operación del instrumento a configurar. El

estudiante debe ser cuidadoso en el uso de este instrumento el cual es uno caro y delicado.

Mostramos una foto del instrumento en la figura 1. Pueden observarse la pantalla sensitiva al tacto y el

teclado del instrumento. En la parte de atrás del instrumento está la batería y la tarjeta de memoria. En

la figura 2 mostramos el menú principal del instrumento. Cuando prendemos el instrumento tenemos

acceso a este menú. En la figura 3 mostramos el diagrama de las partes básicas del configurador 375. En

la figura 4 mostramos donde se conectan las puntas de prueba del instrumento. Y en la figura 5

mostramos el diagrama recomendado para la conexión Hart.

Figura 1 Foto del configurador 375 y su parte de atrás.

Parte de atrás del configurador 375. Puede observarse la batería y la tarjeta de memoria del sistema.

Figura 2 Ejemplo del menú principal

Figura 3 Diagrama de las partes básicas del configurador 375

a) Conexión Hart

b) Conexión Fieldbus

Figura 4 Conexión de puntas de prueba en el modo Hart y Fieldbus. En el modo Fieldbus se corre la

ventana y se conectan las puntas de prueba. En ambos casos deben conectarse las puntas de prueba en

los puntos correspondientes marcados + y –

Figura 5 Diagrama recomendado para la conexión Hart.

Figura 6 Conexión de un Instrumento Fielbus

Figura 7 Conexión a una red Fieldbus

Figura 8 Pantalla que presenta los instrumentos conectados en la red Fieldbus

Figura 9 Buscando fallas en los lazos Hart

Para más información refiérete al manual del usuario provisto por la compañía Emerson Process

Management titulado 375 Field Communicator User’s Manual que puedes buscar en la Internet o

solicitar a tu instructor de estar disponible en el salón en donde realices el experimento.

Experimento

A continuación se muestra como se conecta el transmisor de temperatura tipo Hart con el 375 en el

experimento. Asegúrate de que el transmisor usado en el experimento use la tecnología Hart. Esto lo

puedes investigar en la placa de información pegada al instrumento. Hay un transmisor que usa

tecnología Fieldbus idéntico en su forma y color a Hart y podrías confundirlo. El configurador no lo

podría identificar en el modo Hart si el transmisor usado es Fieldbus. Antes de conectar y usar el

transmisor de temperatura abre la tapa del transmisor que da acceso a los puntos de conexión del

mismo. Identifica los terminales + y – en donde se conecta la energía al transmisor. También identifica

los terminales en donde se conectan el RTD y el termopar. En la parte de adentro de la tapa del

transmisor de temperatura encontrarás el número del punto de conexión en donde se deben conectar

los terminales del RTD y el termopar de acuerdo a la configuración que te pida el diagrama de

alambrado del circuito. Los manuales del usuario del transmisor de temperatura y el del configurador

375 pueden ser de gran utilidad en este experimento. Puedes pedirlos a tu instructor o bajarlos de la

Internet usando los métodos de búsqueda apropiados de no estar disponibles en el salón en donde

realizas el experimento.

Figura 10 Diagrama del sistema montado en este experimento

Figura 11 otra forma de montar el experimento

Procedimiento:

Parte 1 Configurando el transmisor de temperatura cuando tiene conectado un RTD

1) Ajusta la fuente de voltaje a 24 Vdc. Apaga la fuente de 24 voltios DC.

2) Monta el sistema según mostrado en la figura 10. Conecta un extremo de la resistencia de 250Ω

al terminal positivo de la fuente de 24 voltios DC (batería) y el otro extremo de la resistencia al

terminal positivo del transmisor de temperatura. Asegúrate de que conectaste la resistencia

correcta (250Ω) y que la polaridad de la fuente de voltaje conectada es la correcta. Conecta el

terminal negativo del transmisor de temperatura al terminal negativo de la fuente de voltaje.

Conecta el RTD en el modo de dos cables a los terminales 1 y 3 del transmisor de temperatura.

Asegúrate de seleccionar la ventana Hart en el configurador 375 (observa la figura 4 parte a).

Conecta los terminales de conexión del configurador 375 a la ventana Hart observando la

polaridad correcta y el otro extremo (las puntas de prueba) al terminal positivo del transmisor

de temperatura ( aquí conectas la punta de prueba positiva) y al terminal negativo del

transmisor de temperatura(aquí conectas la punta de prueba negativa). No prendas la fuente de

voltaje hasta que no revises que las conexiones estén correctas, consulta con tu compañero de

laboratorio y asegúrense que todo esté montado según ilustra el diagrama. De ser necesario

consulta con el profesor para que coteje tu circuito. Conecta la fuente de voltaje del

configurador 375 a los terminales (conector) del 375. Ten cuidado al hacer la conexión porque

los terminales del conector de la fuente de voltaje del configurador 375 son frágiles y pueden

partirse.

3) Prende la fuente de 24 voltios DC.

4) Prende el 375

5) Deja que el 375 estabilice su menú

6) Escoge la opción Hart

7) Una vez en el menú principal utiliza la pantalla de tacto para viajar por los distintos menús que

tiene el configurador.

8) Anota en tu libreta el propósito de cada menú de forma organizada.

9) Identifica el menú que te permite seleccionar el tipo de RTD que estas usando y escoge el tipo

de RTD y la cantidad de alambres o hilos que tiene el RTD. El RTD en el laboratorio puede ser

configurado como de cuatro hilos, tres hilos o dos hilos. Para simplificar el proceso alámbralo

como de dos hilos. La lectura más exacta seria obtenida para una configuración de cuatro hilos

seguida por una de tres hilos y la menos exacta es la de dos hilos. Pero como en este

experimento la distancia del RTD al transmisor es bien corta el error es mínimo. En un ambiente

industrial el RTD podría estar lejos del transmisor de temperatura y esto requeriría usar el

modo de cuatro hilos o el de tres hilos para reducir el error causado por el largo de los alambres

del RTD debido a su lejanía del transmisor.

10) Identifica el menú que te permite cambiar las unidades en las que se mide la temperatura

(grados Fahrenheit, Centígrados, Kelvin etc.) y cambia de una unidad a otra. Esto es, si esta en

Centígrados cámbialo a Fahrenheit y a Kelvin y si está en Fahrenheit cámbialo a Centígrados, y a

Kelvin.

11) Identifica el menú que te permite ajustar el rango de salida del transmisor de temperatura ( esto

es, LRV para una corriente de transmisión de 4mA y el URV para una corriente de transmisión

de 20 mA para un rango dado de temperatura mínima y temperatura máxima). Escoge la

temperatura mínima como 0 ° C y la temperatura máxima como 100 ° C.

12) Usa el drywell para ajustar la temperatura en el rango escogido y mide la corriente de salida

para comprobar el funcionamiento correcto del transmisor.

13) Cambia el rango de temperatura a uno de 10 °C a 90 °C y repite el paso 12.

Hasta aquí has practicado con los menús básicos del transmisor de temperatura. Hay muchas

otras cosas que puedes hacer con el transmisor. Baja el manual del usuario del transmisor de

temperatura y explora que otras cosas puedes configurar en dicho instrumento. Identifica el

número y el modelo del transmisor en la placa pegada al cuerpo del mismo. Estudia estas

opciones y preséntalas en la discusión de resultados de tu informe de laboratorio para este

experimento.

14) Configura el transmisor de temperatura para lo siguiente:

Tmin 0 °C , Tmax 100 °C, RTD 2 dos hilos , unidades de medida °C

15) Varía la temperatura de 0 °C a 100 °C en intervalos de 10 °C. Mide la corriente transmitida para

cada temperatura y haz una gráfica en Excel u otro programado de gráficas que muestre como

varia la corriente con la temperatura. ¿Qué te d ice la gráfica en cuanto a la linealidad del

transmisor de temperatura asumiendo que el drywell opera de forma lineal. ¿Cuál es la ecuación

que relaciona la corriente transmitida con la temperatura? Presenta la gráfica en tu informe y

contesta estas preguntas en la discusión de resultados para el transmisor conectado a un RTD.

Parte 2 Configurando el transmisor de temperatura cuando tiene conectado un termopar

En esta parte del experimento conectarás un termopar al transmisor de temperatura y realizarás

operaciones parecidas a las llevadas a cabo anteriormente. Busca en una de las tapas del transmisor de

temperatura como conectarás el termopar al transmisor identificando los puntos + y – en donde se

conectarían los dos alambres del termopar (usarás un termopar tipo J).

1) Apaga la fuente de 24 voltios DC.

2) Monta el sistema según mostrado siguiendo las guías de montaje en la parte 1 del experimento.

3) Prende la fuente de 24 voltios DC.

4) Prende el 375

5) Deja que el 375 estabilice su menú

6) Escoge la opción Hart

7) Una vez en el menú principal utiliza la pantalla de tacto para viajar por los distintos menús que

tiene el configurador.

8) Anota en tu libreta el propósito de cada menú de forma organizada y repasa lo anotado en la

parte 1 del experimento (esto ya lo hiciste en el experimento, así que repasa tus apuntes que

hiciste en tu libreta en la parte 1.

9) Identifica el menú que te permite seleccionar el tipo de Termopar que estás usando y escoge el

mismo.

10) Identifica el menú que te permite cambiar la representación de la temperatura (grados

Fahrenheit, Centígrados, etc.) y cambia de una representación a otra. Esto es, si esta en

centígrados cámbialo a Fahrenheit y si está en Fahrenheit cámbialo a Centígrados y a otras

unidades.

11) Identifica el menú que te permite ajustar el rango de salida del transmisor de temperatura (esto

es, salida 4 a 20 mA para un rango de temperatura escogido por ti. Escoge un rango y repasa lo

aprendido en la parte 1 de este experimento) configurando dicho rango en el instrumento.

Comprueba si el transmisor opera correctamente en el rango que escogiste.

12) Configura el transmisor de temperatura para lo siguiente:

Tmin 0 °C, Tmax 100 °C, Termopar tipo J, unidades de medida °C

13) Varía la temperatura de 0 °C a 100 °C en intervalos de 10 °C. Mide la corriente transmitida para

cada temperatura y haz una gráfica en Excel u otro programado de gráficas que muestre como

varia la corriente con la temperatura. ¿Qué te d ice la gráfica en cuanto a la linealidad del

transmisor de temperatura asumiendo que el drywell opera de forma lineal. ¿Cuál es la ecuación

que relaciona la corriente transmitida con la temperatura? Presenta la gráfica en tu informe y

contesta estas preguntas en la discusión de resultados para el transmisor conectado a un

termopar.

Asignación: Investiga los pasos que tienes que dar para calibrar el sensor de temperatura en el

transmisor e inclúyelos en la discusión de resultados. Puedes usar el manual del usuario del

instrumento como guía.

Ejemplo de Gráfica:

*Gráfica que describe el comportamiento de la corriente según las variaciones en temperatura a una

escala de 0° a 100°.

Gráfica de Corriente como función de

Temperatura

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 25 50 75 100

Temperatura [°C]

Co

rrie

nte

[mA

]

Ejemplo de una conclusión:

Conclusión

El propósito de este experimento era el poder familiarizarnos con el Transmisor de

Temperatura y con el uso del 375 Field Communicator. Para esto, solo tuvimos que conectar el

circuito asignado y comenzar a explorar por nuestra cuenta las diferentes propiedades y funciones

del equipo a utilizarse.

Pudimos observar que mediante una función en el 375 Field Communicator, podemos cambiar

la lectura de la temperatura de ° C a ° F. Esto se logró buscando en el menú y cambiando la unidad

de medida. Logramos también que si deseamos tener una escala diferente, como podemos ajustar

el equipo para obtener la medida correcta. Este cambio de escala se logró cambiando el

“LowerRange Value” (LRV) y el “Upper Range value” (URV). Por ejemplo en el caso nuestro

deseábamos una escala de 10° C a 90° C. Logramos obtener los 4mA a 10° C y los 20mA a 90° C,

cambiando el LRV = 10 y el URV = 90. De esta manera obtuvimos lo deseado y cumplimos con el

propósito del experimento.

En conclusión vemos que con la utilización de equipos como el 375 Field Communicator, que si

le damos el uso apropiado y lo aprendemos a usar como se debe, nos facilita muchas cosas en el

área de las medidas.

Anejo:

Configuración del Transmisor de Temperatura (TT) tipo Hart usado en este experimento.

Valida los pasos que siguen:

Conecta el configurador (375) al circuito según se indica en el experimento. Prende el configurador y

esperas que esté listo. Escoges de los menús que aparecen y vas al menú Hart application.

Luego Online

Luego Device Setup

Luego Configuration

Luego Sensor configuration

Para cambiar las unidades de temperatura escoges Sensor Setup

Para seleccionar el tipo de sensor escoges Change Type/conn

Seleccionas Sensor 1 y le das Enter

Seleccionas el transductor que deseas

Ejemplo: RTD PT100

α=.0038

2 wire

Oprimes OK y oprimes Save

Para cambiar el rango de Temperaturas de operación del TT:

Vas a Configuration

Seleccionas Device Output Configuration

Seleccionas PV Range Values

LRV escribes “X grados”

URV escribes “Y grados”