protocolo hart
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Presentado por
FRANCICO JAVIER ZAPATA SANABRIA ELKIN JAVIER LIZARAZO RIVERA
Protocolo de comunicación Hart
El protocolo Hart fue desarrollado a mediados de la década de 1980 por
Rosemount inc. Para su uso con una amplia gama de instrumentos de
medición inteligentes; posteriormente fue publicado como protocolo en el
año 1990; este es mundialmente reconocido como un protocolo estándar de
la industria para comunicación de los instrumentos de campo inteligentes (4-
20 mA). que permite que la señal analógica y las señales de comunicación
digital sean transmitidas simultáneamente sobre el mismo cableado.
INTRODUCCIÓN
Crecimiento del protocolo
El uso de esta tecnología está creciendo rápidamente y hoy en día prácticamente todos los principales fabricantes del mundo de instrumentación ofrecen productos con comunicación Hart.
Actualmente, existen más de 30 millones de dispositivos HART instalados y funcionando en todo el mundo. Existen más productos HART en el mercado que ningún otro instalados en más plantas en todo el mundo. Ningún otro protocolo de comunicaciones se le asemeja.
Crecimiento del protocolo
Funcionamiento
HART opera usando el principio de modulación por desplazamiento en frecuencia (FSK), el cual esta basado en el estándar de comunicación Bell 202. La señal digital se construye a través de un ciclo 1200 Hz, para representar el bit 1 y aproximadamente dos ciclos de 2200 Hz que representan el bit 0. La tasa de transmisión de datos es de 1200 baudios. Lo que significa que los dígitos binarios se transmiten a 1200 bits por segundo.
Funcionamiento
Funcionamiento
Tecnología HART es un protocolo maestro / esclavo, lo que significa que un dispositivo de campo inteligentes (esclavo) sólo habla cuando se le habla por un maestro. La señal digital contiene información del dispositivo que incluye el estado del dispositivo, el diagnóstico, los valores medidos o calculados adicionales, etc Juntos, los dos canales de comunicación proporcionan un bajo costo y muy robusta solución de comunicación de campo completo que es fácil de usar y configurar.
Características del protocolo HART:
Fácil de usar.
Solución de comunicación única.
Comunicación tipo Maestro-Esclavo.
Una Maestra puede controlar hasta 15 Remotas.
Distancia máxima: hasta 3000 m con par trenzado apantallado calibre AWG 24;hasta 1500 m con cable multipar, par trenzado común apantallado calibre AWG20
Modulación FSK, 1200 bps, con Módems Tipo Bell 202
Medio de transmisión: par trenzado y el lazo de corriente de 4-20 mA
Interfaces asociadas: RS-232D y RS-485
CARACTERÍSTICAS
El Protocolo HART proporciona hasta dos maestros (primarios y secundarios). Esto permite a los maestros secundarios (dispositivos portátiles) comunicarse con los maestros primarios este proceso ocurre sin interferir con las comunicaciones hacia / desde el maestro de primario, es decir, el sistema de control / monitoreo.
TIPOS DE COMUNICACIONES EN UN PROTOCOLO HART
El protocolo HART permite toda la comunicación digital con los dispositivos de campo en configuraciones punto a punto o red multipunto:
PUNTO A PUNTO
Configuración Multipunto
Las tasas de actualización más altos son posibles con este modo de comunicación de ráfaga opcional y uso se limitan normalmente a la configuración de punto a punto
configuración multipunto con dos maestros
PUNTO A PUNTO Y MULTIPUNTO
MODO “BURST”
Permite que un único dispositivo esclavo emita continuamente un mensaje HART de respuesta estándar
TOPOLOGIAS DE CABLEADO
COMUNICACIÓN Punto a punto Analógico y digital simultaneo
Punto a punto Solo digital multipunto Solo digital. Hasta 15
dispositivos.
CONECTORES Y TIPO DE CABLEADO
Una ventaja esencial es que HART integra los cables existentes. Así que la HART especificación no prescribe el uso de un tipo específico de conector. Dado que la polaridad no tiene ninguna influencia en la evaluación de frecuencia, señales HART normalmente están conectados a través de terminales de abrazadera simples.
TIPO DE CABLE LOGIRUD MAXIMA
Par trenzado 3048m
Par trenzado múltiple 1024m
LOGITUD DEL CABLE
ESPECIFICACIONES DEL PROTOCOLO HART EN EL MODELO (OSI)
El Protocolo HART implementa capas 1,2, 3, 4 y 7 del modelo de protocolo de 7 capas Open System Interconnection (OSI)
LA CAPA FÍSICA
HART se basa en el estándar Bell 202, con desplazamiento de frecuencia (FSK) para comunicarse a 1200 bps. Las frecuencias de señal que representan los valores de bit de 0 y 1 son 2200 y 1200Hz, respectivamente. Esta señal se superpone a un nivel bajo en la señal de medición analógica 4-a-20mA sin causar ninguna interferencia con la señal analógica
ESPECIFICACIONES DEL PROTOCOLO HART EN EL MODELO (OSI)
LA CAPA DE ENLACE
Ejemplo, un sistema de control como maestro primario y un comunicador HART como maestro secundario. Reglas de temporización definen cuando cada maestro puede iniciar una transacción de comunicación. Hasta 15 o más dispositivos esclavos pueden ser conectados a un solo par de cables multipunto.
LA CAPA DE RED
Proporciona servicios de enrutamiento, seguridad de extremo a extremo, y el transporte. Gestiona "sesiones" para la comunicación de extremo a extremo con los dispositivos correspondientes.
ESPECIFICACIONES DEL PROTOCOLO HART EN EL MODELO (OSI)
:
LA CAPA DE TRANSPORTE
Se puede utilizar para asegurar la comunicación de extremo a extremo es exitosa.
LA CAPA DE APLICACIÓN
Define los comandos, respuestas, tipos de datos y los informes de estado apoyados por el Protocolo.
ESPECIFICACIONES DEL PROTOCOLO HART EN EL MODELO (OSI)
INFORMACIÓN DE DATOS
Tasa de comunicación digital:
Modo pregunta/respuesta: 2-3 actualizaciones por segundo.
Modo burst: 3-4 act/seg.
Estructura del byte de datos:
1bit de start, 8 bits de datos, 1 bit de paridad impar, 1 bit de stop.
Estructura del mensaje
Cada mensaje incluye las direcciones de su fuente y destino, para asegurarse de que es recibido por el dispositivo correcto, y tiene una suma de verificación (checksum) para poder detectar cualquier corrupción del mensaje. El estado del dispositivo de campo está incluido en cada mensaje de respuesta, indicando su estado de operación correcto.
ESTRUCTURA DE COMANDO SIMPLE
La comunicación HART está basada en comandos. Hay tres tipos de comandos que van a proporcionar acceso de lectura-escritura a la información disponible en los instrumentos de campo compatibles con HART.
TIPO DE COMANDO ESTRUCTURA
Comandos universales Comunes a todos los dispositivos.
Comandos de práctica común Opcionalmente usados por mucho dispositivos.
Comandos específicos de dispositivos Característicos de un producto específico.
Communication Masters Dos
Los niveles de la señal
El protocolo Hart tiene como especificación, que los maestros deben transmitir una señal de voltaje, sin embargo el esclavo debe transmitir una señal de corriente. La señal de corriente se convierte a señal de voltaje mediante una pequeña resistencia de carga, de modo que todos los dispositivos utilizan receptores pasivos.
Señal transmitida por el maestro min 400mV p-p max 600mV p-p
Señal transmitida por el esclavo min 0.8mA p-p max 1.2mA p-p
Señal mínima del esclavo, convertida por una carga de 230 ohms Señal mínima del esclavo, convertida por una carga de 1100 ohms
180mV p-p 1320mV p-p
Sensitividad del receptor(debe recibir correctamente) 120 mV to 2.0 V p-p Sensitividad del receptor(debe omitir)
120 mV to 2.0 V p-p Sensitividad del receptor(debe omitir) 80 mV p-p
Los comandos universales
Los comandos universales se encuentran entre 0 y 30. Estos proveen funciones que son implementadas en todos los dispositivos Hart.
Comandos Función
0,11 Identificar dispositivo (fabricante, tipo de dispositivo, etiqueta de revisión)
1,2,3 Leer variables medidas
6 Establecer dirección de escaneo.(y modo multipunto). 12,13,17,18 Leer y escribir información introducida por el usuario (tag, fecha,
mensaje) 14,15 Leer información del dispositivo (numero serial del sensor, límites
del sensor, operación de alarma, valores del rango, función de transferencia, constante de tiempo de muestreo)
16,19 Leer y escribir número final de ensamble.
Comandos de práctica común
Comandos Función
33,61,110 Leer variables medidas
34-37,44,47 Establecer parámetros de operación (rango, unidades, función de transferencia)
38 Reiniciar la bandera de "Configuración modificada".
39 Control de la EEPROM
40-42 Funciones de diagnóstico (modo de corriente fija, auto prueba, reset)
43,45-46 Ajuste de la entrada y salida analógica.
48 Leer estados adicionales.
49 Escribir el número serial del sensor.
50-56 Uso de variable del transmisor.
57-58 Información de la unidad (tag, descriptor, fecha).
59 Escribir el número de bytes de preámbulo necesitados.
60,62-70 Uso de múltiples salidas analógicas.
107-109 Control del modo ráfaga.
Estos se encuentran en el rango 32 a 126.
El lazo de conexión
La conexión convencional para un transmisor alimentado por lazo de corriente de dos hilos. En la practica, los tres elementos (la fuente de poder, el transmisor TX y la resistencia de carga, RL) se pueden conectar en cualquier orden, ya que se conectan en serie, y cualquier punto del circuito puede ir a tierra. Las especificaciones de Hart permiten resistencias de carga de 230 a 1100 ohms.
LOS 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.
Protocolo WirelessHART
Es una extensión del protocolo HART7.1 convencional que hereda parte de su stack de comunicación, modifica las capas inferiores cambiando la manera de trasmisión de la alámbrica ala inalámbrica
Características principales:
Usa la capa física IEEE 802.15.4-2006.
Comunicaciones seguras, confiables y simples.
Salto de frecuencia TDMA en la subcapa MAC.
Protocolo WirelessHART
La red Wireless HART consta de cuatro elementos básicos:
Protocolo WirelessHART
Comparación con otros estándares
PROTOCOLO WIRELESSHART BENEFICIOS
Protocolo WirelessHART
Protección de la información valiosa.
Cambia periódicamente las claves de seguridad usadas para conectarse ala red.
Múltiples niveles de seguridad para acceso con claves.
Reporta los fallos de integridad de mensajes.
Reporta los fallos de autenticación.
Está a salvo de los ataques de Internet tipo Wi-Fi.
Gracias