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Automat ismo Indus tr ial
Integrantes:
Madriz Alfredo
Pagano GianbattistaVidal Jess
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Durante muchos aos, el estndar de
comunicacin de seales de campo utilizada
por los equipos de automatizacin de proceso
ha sido la transmisin analgica en corriente
de 4-20mA. Nos podemos encontrar an en laactualidad otros sistemas de transmisin
analgicos como transmisin en tensin de 0-
10V o 0-5V y transmisin en corriente 0-20mA,
dentro de sistemas de adquisicin de datos de
variables fsicas tpicas como: presin, nivel,
caudal, temperatura, etc.
INTRODUCCIN
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Un protocolo es un mtodo estndar que
permite la comunicacin entre procesos
(que potencialmente se ejecutan endiferentes equipos), es decir, es un
conjunto de reglas y procedimientos que
deben respetarse para el envo y la
recepcin de datos a travs de una red.
QUE ES UN PROTOCOLO ?
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En 1980 el protocolo HART fue desarrollado por Rosemount INC. Con este
propsito, HART es un acrnimo para Highway Addressable Remote
Transducer. Para difundir el uso de comunicacin digital en los dispositivos
de campo, Rosemount Inc.
El protocolo fue abierto para que otras compaas pudieran usarlo en 1990.
En Marzo de 1993, el grupo vot para la creacin de una organizacin
independiente y sin fines de lucro, para un mejor soporte del Protocolo
HART. En Julio de ese mismo ao, la HCF fue establecida para proveer
soporte a escala mundial para la aplicacin de esta tecnologa.
UN POCO DE HISTORIA
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Describe cualquier dispositivo que incluye un
microprocesador. Esto implicara funcionalidad extra,
por encima de lo que proveen dispositivos similares
pero no basados en microprocesadores.
Proporcionan mayor precisin al compensar mediante
clculos la no - linealidad, o la dependencia detemperatura de un sensor. Podra operar con una
variedad de sensores de diferentes tipos. Puede
combinar dos medidas en una sola. O hasta podra
permitir calibracin y re-establecimiento de rangos.
Frecuentemente proveera diagnsticos internos, ypruebas automticas, para simplificar los
procedimientos de mantenimiento.
DISPOSITIVOS INTELIGENTES
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HART es un protocolo de comunicacin
de campo bi-direccional usado paracomunicarse entre instrumentos de
campo inteligentes y sistemas
anfitriones.
Es un protocolo maestro-esclavo. Puedehaber hasta dos maestros. Hasta 15
dispositivos esclavos se pueden
conectar en configuracin multipunto.
Utiliza una seal estndar de BELL, 202 codificada por desplazamiento
en frecuencia (FSK), para comunicar a 1200 baudios, superpuesta sobre
la seal de medicin de 4-20mA analgica. Teniendo un promedio de
cero, la seal codificada por desplazamiento en frecuencia no interfiere
con la seal analgica.
QUE ES HART ?
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Las caractersticas del protocolo HART son:
Control por Conteo de Bytes.
Transmisin Asincrnica HDX, punto a punto y multipunto.
Carcter Bsico de 1 bit de arranque, 8 de informacin, 1 de paridad impar y 1
de parada (NRZ ).
Una Maestra puede controlar hasta 15 Remotas. Operacin en Modo de Respuesta Normal.
Permite hasta 250 variables en cada dispositivo de campo.
Distancia mxima: hasta 3000 mt. con par trenzado apantallado calibre AWG 24
hasta 1500 m con cable multipar, par trenzado comn apantallado calibre AWG
20.
Modulacin FSK, 1200 bps, con Mdems Tipo Bell 202. Medio de transmisin: par trenzado y el lazo de corriente de 4-20 mA.
Interfaces asociadas: RS-232D y RS-485 .
CARACTERSTICAS BSICAS
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Diseado para trabajar con seales digitales de 4-20mA, el protocolo HART
soporta comunicacin digital bi-direccional entre el proceso y el sistema decontrol.
CAPAS DEL PROTOCOLO
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El protocolo Hart tiene como especificacin, que los maestros deben
transmitir una seal de voltaje, sin embargo el esclavo debe transmitir una
seal de corriente.
La seal de corriente se convierte a seal de voltaje mediante una pequea
resistencia de carga, de modo que todos los dispositivos utilizan receptores
pasivos.
La forma de onda es idealmente sinusoidal, sin embargo se acepta deforma trapezoidal, pero no una seal cuadrada.
Seal transmitida por el maestroMin 400mV p-p
max 600mV p-p
Seal transmitida por el esclavomin 0.8mA p-p
max 1.2mA p-p
Seal mnima del esclavo, convertida por una carga de 230 ohms 180mV p-p
Seal mnima del esclavo, convertida por una carga de 1100 ohms 1320mV p-p
Sensitividad del receptor(debe recibir correctamente)Seal transmitida por
el maestro
Sensitividad del receptor(debe omitir) 80 mV p-p
Niveles de la seal HART
NIVELES DE LA SEAL HART
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Lazo de conexin Simple
El lazo de conexin esta conformado por:
Fuente de alimentacin.
Sensor de campo o transmisor.
Resistencia de carga.
La seal HART debe ser introducida y leda dellazo de corriente. La fuente de poder est casi
en corto circuito para las frecuencias de la
seal Hart, por lo que dispositivos secundarios
(como el segundo maestro) no pueden ser
conectados directamente al lazo, se deben
conectar en paralelo al transmisor o a laresistencia de carga.
Un equipo con protocolo de comunicacin Hart no debe introducir ninguna carga
DC a la lnea.
CONEXIN PUNTO A PUNTO
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Configuracin de dos Maestros y un Esclavo
CONEXIN PUNTO A PUNTO
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Permite que un nico dispositivo esclavo emita continuamente un
mensaje HART de respuesta estndar.
Comunicacin Burst
COFIGURACION BURST (RAFAGA)
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Comunicacin Multipunto
El protocolo HART tambin tiene la
capacidad de conectar mltiples
dispositivos de campo sobre el
mismo par de hilos en una configuracin
de red multipunto. En la configuracinmultipunto, la comunicacin est
limitada a la comunicacin digital
maestro/esclavo.
La corriente a travs de cada dispositivo
esclavo se fija al mnimo valor paraalimentar el dispositivo.
CONFIGURACIN MULTIPUNTO
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Al implementar un protoloco de campo digital como el
Hart se pueden observar los siguientes parmetros:
Datos Digitales:valores de datos estndares para cada
dispositivo Hart.
Identificacin del dispositivo:etiqueta del dispositivo,
vendedor, tipo de dispositivo y revisin, nmero serial
entre otros.
Datos de calibracin:rango de valores altos y bajos, lmites mximos y
mnimos del sensor, ltima fecha de calibracin etc.
Variables del proceso:valores primarios y secundarios de medicin.
Estado/Alertas:mal funcin del dispositivo, cambios de configuracin falla de
energa y reinicio, lazo de corriente saturado, variables primarias y secundarias
fuera de los lmites, error en la comunicacin,
DATOS CONTENIDOS EN EL MENSAJE
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Existen muchas razones por las
cuales nos debemos comunicar con
los equipos. Entre ellas tenemos:
Configuracin del equipo.
Diagnostico del equipo.
Localizar averas.
Verificar la integridad del lazo.
Averas en el proceso.
La configuracin de los equipos se
puede realizar de dos modos:
Utilizando un computador personal.
Utilizando equipo de mano.
COFIGURACION DE LOS EQUIPOS
Hand-Held ABB
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/hand-held%20ABB.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/hand-held%20ABB.pdf -
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La instalacin de la comunicacin HART con los
dispositivos, es la misma que la del lazo deinstrumentacin de 4-20mA. Se utiliza par trenzado
blindado para largas distancias. El tamao ms
pequeo del conductor debe ser #24 AWG para
cables con una distancia menor a 1,5 Km y #20 AWG
para distancias mayores.
Aterramiento:Para prevenir interferencia por lasseales externas, es importante aterrar el sistema
correctamente.
Fuente de poder:La energa para un lazo de dos hilos del instrumento es
tpicamente C.C. 24V. Como siempre, el voltaje debe ser el necesario para
mantener el dispositivo de campo, considerando cadas de voltaje en el cable y
el resistor de la carga.
Maximum ripple (47 to 125 Hz) 0.2 V p-p
Maximum noise (500 Hz to 10 kHz) 1.2 mV rms
Maximum series impedance (500 Hz to 10 kHz) 10
Especificaciones de la fuente de Poder
CABLEADO Y CAPACITANCIAS
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La mayora de las instalaciones estn en conformidad con el lmite terico de
3.000 metros (10.000 pies) para la comunicacin HART. Sin embargo, las
caractersticas elctricas del cable (sobre todo capacitancia) y la combinacin
de dispositivos conectados pueden afectar a la longitud de cable mxima
permitida de una red HART.
CABLEADO Y CAPACITANCIAS
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La trama del protocolo HART esta conformado por:
Trama HART
Nombre del Campo Longitud (Bytes) Propsito
Prembulo 5-20 Sincronizacin y deteccin de portadora
Byte de Inicio 1 Especifica el nmero del maestro
Direccin 1-5Especifica el esclavo, especifica el maestro y el modo
rfaga
Comando 1 Valor numrico del comando a ser ejecutado.
Conteo de bytes 1 Indica el tamao de los datos de campo.
Estado Maestro (0) Esclavo (2) Ejecucin y respuesta del estado.
Informacin 0-253 Datos asociados con el comando.
Checksum 1 XOR desde el bit de inicio hasta el final de los datos.
TRAMA DEL PROTOCOLO HART
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Prembulo:
Es una secuencia de 5 a 20 octetos o bytes de puros
UNOS que permite la sincronizacin de la trama.
Byte de partida:
Indica el tipo de mensaje:maestra a esclava, esclava
a maestra, modo rfagas desde una esclava, etc.
Puede indicar tambin el formato del campo
direcciones:formato corto o formato largo.
En el modo rfagas (Burst mode) una esclavatransmite continuamente un mensaje dado a una
velocidad de 3 a 4 mensajes por segundo. Se pueden
alcanzar velocidades superiores pero solamente
en configuraciones punto a punto.
TRAMA DEL PROTOCOLO HART
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Direcciones.
Incluye tanto la direccin de la maestra (un UNO para
la maestra primaria o un CERO para la maestra
secundaria o porttil) y la direccin de la esclava.
En formato corto, la direccin de la esclava es de 4
dgitos que contienen la direccin de interrogacin de
0 a 15. En formato largo, la direccin de la esclava es
de 38 dgitos que contienen un identificador unvoco
de un dispositivo en particular, y un dgito para indicar
que la esclava est en modo rfagas.
Comando:
Contiene el comando o funcin especfica del
mensaje. Los tipos de comando son: comandos
universales, comandos comunes y comandos
especficos de dispositivo.
TRAMA DEL PROTOCOLO HART
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Informacin:
Puede estar o no presente, dependiendo del tipo de
mensaje. Su longitud mxima es de 25 bytes, aunque
en algunos sistemas se puede encontrar campos de
ms de 25 bytes.
BCC.:
Contiene el resultado de una operacin en Or-
exclusivo o paridad par longitudinal, efectuada desde
el Octeto de Control hasta el campo Informacin.Junto con el bit de paridad de cada byte, determina o
detecta los errores de comunicacin.
TRAMA DEL PROTOCOLO HART
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El Conjunto de Comandos HART est organizado en tres grupos y provee el
acceso en lectura/escritura a toda la informacin:
El conjunto de comandos comprende tres categoras:
Comandos Universales:Proveen el acceso a informacin que es til en
las operaciones normales, por ejemplo, el fabricante del instrumento, el
modelo, nmero de serie, rango de operacin, variables fsicas, etc.
Comandos comunes:Proveen el acceso a funciones que pueden
efectuarse en muchos dispositivos pero no en todos, como, por ejemplo,
leer variables, calibracin (cero, rango), iniciar autotest, valores constantes,
etc.
Comandos especficos de dispositivo: Proveen el acceso a funcionesque son propias de un dispositivo de campo particular, como, por ejemplo,
funciones especficas del instrumento, arranque/pare/reset, seleccionar la
variable primaria, habilitar el control PID, sintonizar el enlace, opciones
especiales de calibracin, etc.
COMANDOS HART
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Comandos Universales Comandos prcticos
comunes
Comandos especficos del
dispositivoLectura del fabricante y tipo de
dispositivo.
Leer la seleccin de cuatro variables
dinmicas
Leer o escribir low-flow, cut-off
Lectura de la variable principal y sus
unidades
Escribir el rango de valores del
dispositivo
Iniciar, parar o limpiar el totalizador.
Leer la corriente de salida y el
porcentaje del rango
Calibrar ( ajustar el cero y el span) Elegir la variable primaria (masa, flujo,
o densidad)
Leer hasta cuatro variables dinmicaspredefinidas
Configurar la salida de corriente Ajustar el sensor d calibracin
Leer o escribir 32 caracteres de
mensaje
Realizar un auto-test Habilitar el PID
Leer rangos de valores del dispositivo,
unidades y tiempos de actualizacin
Ajustar el cero de la variable primaria Escribir el punto de ajuste del PID
Escribir y leer el numero final de
ensamblado
Escribir la unidad de la unidad primaria Caracterizacin de vlvulas
Escribir la direccin de preguntas Ajustar el DAC a cero y su ganancia Ajuste de vlvulas
Habilitar el PID Unidades de usuario
Escribir el punto de configuracin del
PID
Informacin de muestreo local
Unidades de usuario Unidades de usuario
Informacin de muestreo local Informacin de muestreo local
COMANDOS HART
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Comandos de identificacin de direcciones
Cada dispositivo HART posee una direccin de 38 dgitos que contiene el cdigo de
identificacin del fabricante, el cdigo del dispositivo y el nmero de identificacin
particular del dispositivo.
La maestra HART debe conocer esa direccin para poder interactuar con dicho
dispositivo. La maestra puede conocer la direccin de una esclava mediante doscomandos que hacen que la esclava responda dando su direccin. Estos comandos,
0u 11, son:
0. Leer Identificador Unvoco: Permite a la maestra conocer la direccin de cada
esclava sin interactuar con o sin intervencin del usuario. Cada direccin de
interrogacin (de 0 a 15) permite conocer la direccin propia de cada dispositivo decampo.
11. Leer Identificador Unvoco por Etiqueta: Es til cuando hay ms de 15
dispositivos en la red o si los dispositivos no fueron configurados con direcciones
unvocas.
COMANDOS HART
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Wireless HART es un protocolo de comunicaciones de la red de
acoplamiento de la radio para los usos de la automatizacin deprocesos. Agrega capacidades sin hilos al protocolo HART
mientras que mantiene compatibilidad con los dispositivos, los
comandos, y las herramientas existentes del HART.
La red utiliza IEEE 802.15.4 radios
compatibles que funcionan en la
banda de radio industrial,
cientfica, y mdica de 2.4GHz.
Esta tecnologa se ha probado en
ensayos prcticos e instalaciones
verdaderas de la planta a travs
de una gama amplia de industrias
del control de proceso.
WIRELESS HART
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WIRELESS HART
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APLICACIONES
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APLICACIONES
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APLICACIONES
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Uso actual de las seales de
instrumentacin industrial
Predicciones
PREDICCIONES Y USOS
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VENTAJAS
Algunas de las ventajas de este protocolo con tecnologa abierta son los
siguientes:
4-20mA compatibilidad simultnea con la informacin digital disponible.
Fcil de utilizar y comprender.
De bajo riesgo - muy precisa y robusta.
Costo-efectiva aplicacin tanto para usuarios como para los proveedores.
Disponible en una amplia variedad de tipos de dispositivos.
Apoyado por la mayora de la industria de dispositivos y sistemas de los
proveedores.
Plenamente interoperables y fiables.