¿Qué es el protocolo HART? Arquitectura, Modos, Especificaciones

¿Alguna vez te has preguntado qué es el protocolo HART y cómo funciona? Si eres alguien curioso acerca de la tecnología industrial y quieres conocer más sobre arquitectura, modos y especificaciones de este protocolo, ¡estás en el lugar adecuado! En este artículo te explicaremos de manera sencilla y clara todo lo que necesitas saber sobre el protocolo HART. Así que prepárate para adentrarte en el fascinante mundo de la comunicación digital en el sector industrial.

El protocolo HART es la abreviatura de Highway Addressable Remote Transducer. El protocolo HART es el estándar mundial para enviar y recibir información digital a través de cables analógicos entre los dispositivos inteligentes y los sistemas de control/supervisión o quizás los comunicadores portátiles.

El protocolo HART es un protocolo de comunicación bidireccional. Es un protocolo que proporciona acceso entre los instrumentos de campo inteligentes y los sistemas anfitriones como DCS, PLC o los comunicadores portátiles. Aquí, el host podría ser una aplicación de software en el dispositivo portátil o portátil para el control de procesos de la planta, la seguridad, la gestión de activos o algún sistema de control que utilice cualquier plataforma de control.


El protocolo HART se ha vuelto más popular debido a su capacidad para admitir el protocolo analógico convencional de 4-20 mA y, al mismo tiempo, agrega una ventaja al incluir las principales ventajas de la instrumentación inteligente digital. La tecnología de comunicación física y los comandos utilizados por diferentes aplicaciones también se mencionan en el protocolo HART.

Arquitectura del Protocolo HART

El protocolo HART es capaz de operar en dos tipos de configuraciones de red, la punto a punto y configuraciones multipunto. El protocolo HART utiliza el modo maestro-esclavo o el modo ráfaga.


Punto a punto Configuración de red

En el tipo de configuración punto a punto, para comunicar una sola variable de proceso, se utiliza la señal fija de 4-20 mA. Las variables de proceso adicionales y los parámetros de diseño se comunican digitalmente con el uso del protocolo HART. Por lo tanto, las señales de 4-20 mA permanecen sin cambios y se pueden utilizar de forma normal. También permite la entrada de variables secundarias y otros datos para su utilización en mantenimiento, puesta en marcha, operaciones y fines de diagnóstico.

Aquí puede haber dos maestros: uno primario y otro secundario. Los maestros secundarios, generalmente comunicadores portátiles, se pueden utilizar sin interferir con las comunicaciones con el maestro primario, generalmente un sistema de control o monitoreo.

En el modo de ráfaga, un solo dispositivo esclavo tiene la capacidad de transmitir continuamente un mensaje de respuesta HART estándar. En el modo de ráfaga, son posibles tasas de actualización más altas. El modo de ráfaga generalmente se limita a la configuración punto a punto.

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Configuración multipunto de la red

En el tipo de configuración multipunto, se pueden conectar muchos dispositivos usando un solo par de cables. La configuración multipunto también puede conectar barreras de seguridad y fuente de alimentación auxiliar para hasta 15 dispositivos de campo. La comunicación dentro de esta configuración es totalmente digital. Esto se debe a que la comunicación por la corriente del lazo analógico se desactivará debido al hecho de que la corriente de cada dispositivo se fijará en un valor mínimo suficiente para que el dispositivo funcione. La corriente generalmente se fija en 4 mA. En el modo multipunto, las direcciones de sondeo de cada dispositivo de campo serán mayores que cero.

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Modos de comunicación del protocolo HART

El protocolo HART tiene dos modos de comunicación. Ellos son: modo maestro esclavo y modo ráfaga.

Modo maestro esclavo

El protocolo HART generalmente usa comunicación maestro-esclavo. Cada dispositivo de campo actúa como esclavo y el sistema de control/supervisión actúa como maestro. Los dispositivos portátiles o PC también pueden actuar como maestros secundarios. Entonces, en las operaciones normales, un maestro iniciará la comunicación con cada esclavo. En cada

Bucle HART, se pueden conectar un máximo de dos maestros. En tal caso, el maestro primario es generalmente un DCS, un PLC o una computadora personal. Por ejemplo: instrumentos de campo como transmisores, válvulas, diferentes controladores respondiendo a los comandos del maestro primario o secundario.

Modo de ráfaga

Algunos dispositivos HART admiten el modo de comunicación en ráfagas. Permite una velocidad de comunicación más rápida, normalmente la velocidad es de 3 a 4 actualizaciones de datos por segundo. El maestro, en este modo, instruiría al dispositivo esclavo para transmitir continuamente el mensaje de respuesta HART estándar. Un ejemplo de mensaje de respuesta HART estándar es el valor de una variable de proceso. El maestro recibirá los mensajes del esclavo a una velocidad muy superior. El esclavo solo dejará de reventar cuando el maestro le pida que deje de reventar.

Conjuntos de comandos en el protocolo HART

Los conjuntos de comandos en HART incluyen las siguientes tres clases: universal, práctica común, dispositivo específico.

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Universal

Todos los dispositivos que utilizan el protocolo HART deben reconocer y admitir los comandos universales. Los comandos universales brindan acceso a la información que es útil en las operaciones normales. El controlador utiliza comandos universales para identificar un dispositivo de campo y también para leer datos de proceso.

Por ejemplo, leer una variable principal (PV) y unidades, leer el fabricante y el tipo de dispositivo, escribir la dirección de sondeo, etc.

Práctica común

Los comandos de práctica común proporcionarán las funciones que implementan muchos dispositivos de comunicación HART. No es necesario que todos los dispositivos las tengan.

Por ejemplo, escriba constante de tiempo de amortiguación, calibre (es decir, establezca cero, establezca intervalo), establezca corriente de salida fija, etc.

Específico del dispositivo

Los comandos específicos del dispositivo representarán las funciones que son únicas para cada dispositivo de campo. Los comandos específicos del dispositivo acceden a la información de configuración y calibración. Los comandos específicos del dispositivo también tienen información sobre la construcción del dispositivo. La información sobre los comandos específicos del dispositivo está disponible a través de los fabricantes de dispositivos.

Por ejemplo, lectura o escritura de corte de flujo bajo, calibración del sensor de ajuste, límites de carrera, caracterización de válvulas, etc.

Especificaciones del protocolo HART

Las especificaciones del protocolo HART implementarán el 1,2,3,4 y 7 capas del modelo OSI (modelo de interconexión de sistemas abiertos).

Capa 1: capa física HART

La capa física HART se basa en el estándar Bell 202. La capa física HART utiliza modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) para la comunicación a una velocidad de 1200 bps. Aquí, las frecuencias de señal que representan los valores de bit 0 y 1 son 2200 y 1200 Hz respectivamente. Esta señal se superpondrá luego sin usar ninguna interfaz con la señal analógica a un nivel bajo sobre la señal de medición analógica convencional de 4-20 mA.

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Capa 2: Capa de enlace de datos HART

La capa de enlace de datos HART definirá un protocolo maestro esclavo. En el caso normal, un dispositivo de campo responderá solo cuando el maestro inicie la comunicación. Puede haber dos maestros: maestro primario, un sistema de control, y maestro secundario, comunicador portátil. Hay ciertas reglas de temporización que se definen para cuándo cada maestro iniciará la transacción de comunicación. En una configuración multipunto, se pueden conectar hasta 15 dispositivos esclavos mediante un cable de un solo par.

Capa 3: Capa de red HART

La capa de red HART proporcionará enrutamiento, seguridad de extremo a extremo y servicios de transporte. La capa de red HART administrará las sesiones en una comunicación de extremo a extremo con los dispositivos correspondientes.


Capa 4: Capa de transporte HART

La capa de transporte HART garantizará que las comunicaciones se realicen con éxito de un lugar a otro. La capa de transporte HART también garantiza que la comunicación se propague con éxito.

Capa 7: Capa de aplicación HART

El Capa de aplicación HART definirá los comandos, las respuestas, los tipos de datos y los informes de estado que admite el protocolo. En esta capa se definen los comandos públicos del protocolo y se dividen en cuatro grandes grupos:

1. Comandos Universales

Los comandos universales proporcionarán funciones que deben implementarse en todos los dispositivos de campo.

2. Comandos de práctica común

Los comandos de práctica común proporcionarán funciones que son comunes a muchas pero no a todas las funciones.

3. Comandos específicos del dispositivo

Los comandos específicos del dispositivo proporcionan funciones que son únicas para un dispositivo de campo en particular y generalmente las especifica el fabricante del dispositivo.

4. Comandos de la familia de dispositivos

Los comandos de la familia de dispositivos brindan un conjunto de funciones estandarizadas para instrumentos con tipos de medición particulares, lo que también permite un acceso genérico completo sin usar comandos específicos del dispositivo.

Ventajas del protocolo HART

  1. El protocolo HART ayuda a obtener alertas tempranas contra las variaciones en el rendimiento de los dispositivos, productos o procesos.
  2. El protocolo HART ayuda a acelerar el tiempo de resolución de problemas entre la identificación y la resolución de problemas.
  3. El protocolo HART aumenta la productividad de los activos y la disponibilidad del sistema.
  4. El protocolo HART reduce el costo de mantenimiento.
  5. El protocolo HART ayuda a mejorar el cumplimiento normativo.
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