Universidad De OrienteNúcleo Monagas

Departamento De Ingeniería De SistemasCursos Especiales De Grado

Automatización y Control de Procesos Industriales 

Protocolos de Comunicación Industrial: Hart

Facilitador: Equipo OPC:

Judith Devia González, Daniela

C.I: 18.652.312

Hernández, Karla

C.I: 18.588.070

Maturín, Abril 2015

INDICE

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3

MARCO TEÓRICO..................................................................................................4

Protocolos de Comunicacion Industrial....................................................................4

Protocolo de comunicación HART............................................................................5

Características del protocolo HART.........................................................................5

La señal de frecuencia del protocolo........................................................................6

Redes de comunicación HART................................................................................7

Beneficios de la comunicación HART......................................................................9

DISCUSIÓN...........................................................................................................10

CONCLUSIÓN.......................................................................................................12

BIBLIOGRAFÍA.....................................................................................................13

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INTRODUCCIÓN.

Desde la era de la revolución industrial, las empresas han ido automatizando todos los procesos de producción para así obtener productos de mejor calidad, en menor tiempo y por supuesto para tratar de abaratar los costos de producción y generar mayor ganancia. Esto ha traído como consecuencia la creación de muchas tecnologías que permitan ir mejorando la automatización de procesos productivos dentro de la misma. Con el pasar del tiempo se vio la necesidad de crear de forma inmediata tecnologías que hicieran posible la comunicación directa entre las maquinarias o procesos de operación y la persona encarga de la supervisión y control de dichos procesos.

Es aquí donde se dio la creación de los protocolos de comunicación industrial, permitiendo así crear estándares para establecer una correcta comunicación pero de forma bidireccional entre ambos actores.

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MARCO TEÓRICO

Protocolos de Comunicación Industrial.

Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas que permiten la transferencia e intercambio de datos entre los distintos dispositivos que conforman una red. Estos han tenido un proceso de evolución gradual a medida que la tecnología electrónica ha avanzado y muy en especial en lo que se refiere a los microprocesadores.

Un importante número de empresas en nuestro país presentan la existencia de islas automatizadas (células de trabajo sin comunicación entre sí), siendo en estos casos las redes y los protocolos de comunicación Industrial indispensables para realizar un enlace entre las distintas etapas que conforman el proceso.

La irrupción de los microprocesadores en la industria han posibilitado su integración a redes de comunicación con importantes ventajas, entre las cuales figuran:

• Mayor precisión derivada de la integración de tecnología digital en las mediciones.

• Mayor y mejor disponibilidad de información de los dispositivos de campo.

• Diagnóstico remoto de componentes.

La integración de las mencionadas islas automatizadas suele hacerse dividiendo las tareas entre grupos de procesadores jerárquicamente anidados. Esto da lugar a una estructura de redes Industriales, las cuales es posible agrupar en tres categorías:

• Buses de campo.

• Redes LAN.

• Redes LAN-WAN.

En esta oportunidad nos referiremos a los protocolos de comunicación más usados en la industria.

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Los buses de datos que permiten la integración de equipos para la medición y control de variables de proceso, reciben la denominación genérica de buses de campo. Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción.

El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional lazo de corriente de 4-20mA o 0 a 10V DC, según corresponda. Generalmente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores, sensores y equipos de supervisión. Varios grupos han intentado generar e imponer una norma que permita la integración de equipos de distintos proveedores. Sin embargo, hasta la fecha no existe un bus de campo universal. Los buses de campo con mayor presencia en el área de control y automatización de procesos son:

• HART.

• Profibus.

• Fieldbus Foundation.

Protocolo de comunicación H ART

Hart (Transductor remoto direccionable de alta velocidad) es un protocolo de comunicación diseñado para aplicaciones de medición y control de procesos industriales.

En los años 90 se creó la HART Communication Foundation, una fundación sin fines de lucro entre las empresas que adoptaron este protocolo, con el objeto de proveer un soporte para la aplicación de esta tecnología, asegurándose que fuera abierta y estuviese disponible en beneficio de la industria. Actualmente, esta fundación maneja los estándares de protocolos y la propiedad intelectual de los mismos, realiza cursos de entrenamiento y se encarga de la masificación de HART en el mundo. Por otra parte, los mayores proveedores de instrumentación apoyan este protocolo, contando con una variada gama de instrumentación para aplicaciones de medición y control.

Características del protocolo HART

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Fácil de usar: HART tiene una eficacia probada en terreno, es muy sencillo de usar y provee una muy efectiva comunicación digital de dos vías. Asimismo, este protocolo es usado simultáneamente con la señal análoga de 4-20 mA, utilizada por los instrumentos tradicionales.

Solución de comunicación única: Como ninguna otra tecnología de comunicación digital, el protocolo HART provee una excepcional solución de comunicación compatible con gran parte de la base de instrumentos instalados y en uso actualmente. Esta característica de compatibilidad asegura que el cableado existente y la estrategia de control actual continuarán en el futuro.

Diseñado para ocupar la señal análoga tradicional de 4-20 mA, el protocolo HART maneja comunicaciones digitales utilizando dicha señal como portadora, para medición de procesos y aparatos de control. Las aplicaciones incluyen interrogación de variables de proceso remotas, acceso cíclico a datos de proceso, ajuste de parámetros y diagnóstico.

Comunicación tipo Maestro-Esclavo: Durante operación normal, en cada esclavo (equipo de terreno) la comunicación es iniciada por un equipo de comunicación tipo maestro. Dos maestros pueden conectarse a cada lazo de comunicación HART. El maestro primario es generalmente un aparato de Control tipo DCS (sistema de control distribuido), controlador de lógica programable (PLC) o un Computador Personal (PC). El maestro secundario puede ser un terminal portátil de comunicación u otro PC. Los aparatos esclavos incluyen transmisores, actuadores de válvula y controladores que responden al comando del maestro primario o secundario.

La señal de frecuencia, corazón del protocolo

Se dice que Hart es un protocolo hibrido por que combina comunicación analógica y digital. Puede comunicar una sola variable usando una señal analógica de 4-20 mA, mientras comunica también información agregada sobre una señal digital. La información digital es transportada por una modulación de bajo nivel superpuesta en un lazo de corriente estándar de 4-20 mA.

La señal digital no afecta la lectura analógica porque se remueve la señal analógica mediantes técnicas estándar de filtrado.

La habilidad de llevar esta información digital agregada es la base de los beneficios claves de hart.

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El protocolo de comunicación HART está basado en el sistema de comunicación telefónica estándar BELL 202 y opera usando el principio del Cambio Codificado de Frecuencia (FSK). La señal digital está construida de dos frecuencias principales, 1200 Hz y 2200 Hz, representando los Bits 1 y 0 (cero), respectivamente. Las ondas seno de estas dos frecuencias están super impuestas en la señal de corriente continua análoga de 4-20 mA DC. Con esto, cables de comunicación con señales análogas transportan a la vez comunicación análoga y digital (Fig. 1).

Figura 1: Comunicación análoga y digital simultánea.

Producto que el valor promedio de la señal FSK es siempre cero, la señal análoga de corriente continua de 4-20 mA, no es afectada en ningún modo por esta comunicación digital. La comunicación digital tiene un tiempo de respuesta promedio aproximado de dos a tres actualizaciones por segundo, sin interrumpir la señal análoga, y se requiere una mínima impedancia de lazo análogo de 230 ohms.

Redes de comunicación HART

Los aparatos HART pueden operar en una o dos configuraciones diferentes de RED: Punto a punto o Multidrop (multipunto).

Comunicación tipo Punto a Punto: En el modo Punto a Punto, la señal tradicional de 4-20 mA es usada para comunicar una variable de proceso mientras otras variables adicionales -parámetros de configuración y otras informaciones de aparato- son transmitidas digitalmente usando el protocolo HART (Fig. 2). La señal

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análoga de 4-20 mA no es afectada por la señal HART y puede ser usada para el monitoreo o control en la forma normal. La señal de comunicación digital HART le da acceso a variables secundarias y a otras informaciones, que pueden se usadas para propósitos de operación, mantención y diagnóstico.

Figura 2: Modo de operación Punto a Punto.

Comunicación tipo Multipunto (Multidrop): El modo Multipunto requiere solamente un par de alambres y si es aplicable, el lazo también puede tener barreras de seguridad y fuentes de poder auxiliares para hasta 15 aparatos de terreno (Fig. 3). Todos los valores de proceso son transmitidos digitalmente; en el modo Multi-punto, las direcciones de "Polling" de los aparatos de terreno son mayores que 0 y la corriente a través de cada equipo está fijada a un mínimo valor (típicamente 4 mA).

Figura 3: Modo de operación Multipunto.

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Se recomienda el uso del modo Multipunto para aplicaciones con instalaciones de control de supervisión, que tengan equipamientos bastante alejados entre sí, tales como tendidos de cañería en gasoductos y oleoductos, como también en instalaciones en plantas de almacenamiento de combustibles u otros fluidos, o en estaciones de transferencia controlada de fluidos.

Beneficios de la comunicación HART

• Mejora las operaciones en planta.

• Otorga mayor flexibilidad operacional.

• Protege la inversión hecha en la instrumentación de la planta.

• Entrega una alternativa económica de comunicación digital.

• Implica un ahorro considerable en materiales eléctricos en las instalaciones Multipunto.

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DISCUSIÓN

Con la automatización de los procesos productivos industriales, a lo largo del tiempo se vio la necesidad de crear una forma de comunicación entre la planta o los procesos y las personas encargadas de la supervisión. Esto se da debido a que en las industrias se venían creando lo que llaman isla automatizas, que es células de trabajos sin comunicación entre si, trayendo como consecuencia que no se podían crear enlaces que relacionaran un proceso con otro y no se podía contar con una información precisa y de tiempo real en cada uno de los procesos.

Es aquí cuando se da la creación de protocolos de comunicación industrial, los cuales permiten que se estableciera una comunicación adecuada entre las plantas y sus procesos y los responsables de los mismos. Gracias a la integración de estas células de trabajos se crearon estructuras de redes industriales, pero las más comunes actualmente con los buses de campo, que permite la integración de equipos para la medición y control de variables de procesos. Una de las características de los buses de campo es que simplifica la enorme instalación para la conexión de los mismos.

Uno de los buses con mayor utilización en el campo de la automatización de procesos de producción es el llamado protocolo de comunicación de Hart. Este protocolo fue creado para aplicaciones de medición y control industrial. Este protocolo tiene como característica que puede comunicar una señal que puede ser actualizada varias veces por segundo, dicha señal es enviada a través de una comunicación o señal analógica estándar y de forma paralela también esta enviando una variable agregada en una señal superpuesta pero de forma digital.

Esta comunicación se puede dar de forma bidireccional, con el fin de que pueda haber una comunicación eficiente entre el supervisor y los procesos, si este decide cambiar o modificar valores de una variable determinada se pueda dar de forma automática y para que pueda estar al tanto de los procesos y funcionamientos dentro de las distintas actividades.

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Es importante destacar que esta comunicación se puede dar con una o dos configuraciones deferentes de redes: punto a punto o multipunto; esto va a depender de cómo queramos la comunicación y de cuantos instrumentos de campos se tengan dentro de la medición y control de un proceso industrial. Ya el primero de ellos trabaja con un instrumento de campo de emite señales con información sencilla y agregada y la segunda puede trabajar hasta con quince instrumentos de campos.

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CONCLUSIÓN

Gracias a los avances de la automatización dentro de la industria y la creciente necesidad por satisfacer requerimientos técnicos, se da la creación de protocolos de comunicación, con el fin de poder enviar y recibir información de actividades realizadas entre los procesos y las personas encargadas de supervisar los mismo.

Es por esto que se da la creación de diversos tipos de protocolos, dentro de los que encontramos los protocolos de comunicación HART, que permite una comunicación bidireccional entre los sistemas de control y la planta; ayudando así a poder llevar una comunicación de forma inmediata y poder hacer ajustes y supervisión de forma automatiza.

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BIBLIOGRAFÍA

Emerson Process Management (2002). Introduction a Hart. Direction URL:http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20Central%20Web%20Documents/EngSch-Buses_201_es.pdf

Protocolo Hart. (S/F). [Documento en Línea]. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_HART

Kurt Meichsner, (2004). Automatización Protocolo Hart. Dirección URL: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=95

Kurt Meichsner, (2004). Protocolo de Comunicación Industrial. Dirección URL: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=562&edi=7

Generalidades sobre protocolos de comunicación industrial. (S/F). Disponible en: http://www.electromatica.cl/protocolos.html

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