Protocolo de comunicación Hart.
El protocolo Hart combina la comunicación analógica con la digital entre sus dispositivos.
Comunicación analógica:
Hart usa el estándar industrial 4-20 mA, es decir, los dispositivos Hart pueden realizar funciones básicas con cualquier sistema host que tiene la capacidad de entrada / salida de 4-20 mA, la limitación es que un solo parámetro puede ser comunicado sobre una entrada o salida de 4-20 mA, típicamente está es una variable de proceso proveniente de un transmisor, o una salida para un elemento final de control, en este modo la información viaja en un solo sentido, desde el dispositivo al host (entradas) o viceversa.
Comunicación digital:
Este tipo de comunicación transporta información adicional que no es comunicada por la señal analógica, la parte digital de Hart es a veces usada para la configuración de dispositivos, mantenimiento y diagnostico pero no en tiempo real.
El principal atributo de la comunicación digital Hart es que la señal digital, el cual usa el estándar BELL 202 (modulación FSK) ver figura PC1, es superpuesta sobre la señal analógica.
Figura PC2. Señal de comunicación digital Hart superpuesta sobre la señal analógica.
Beneficios de utilizar la tecnología Hart
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Amplia variedad y número creciente de productos proporcionados por una lista creciente de proveedores de instrumentos en todo el mundo.
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Hart es el único protocolo de comunicación abierto de su tipo y un estándar en la industria, relativamente fácil de entender y utilizar.
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Los usuarios tienen la libertad de elegir el producto adecuado para su aplicación y la interoperatividad está asegurada por los comandos comunes y la estructura de datos.
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El protocolo Hart proporciona acceso a una gran variedad de información adicional (variables, diagnósticos, calibración, etc.) proporcionados por los dispositivos de campo inteligentes que emplean esta tecnología. Hart permite a los fabricantes de instrumentos de campo incorporar potentes características en sus productos como algoritmos de control PID, de diagnóstico, y medidas adicionales del proceso.
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Hart es una solución sin riesgo para comunicaciones de campo de altas prestaciones. Es de relativamente fácil mantenimiento y operación especialmente en comunicaciones punto a punto.
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Permite reducir los costos de cableado mediante el sistema multidrop que conecta varios dispositivos mediante el mismo cable.
Especificaciones técnicas
En la tabla PC1 se muestran las especificaciones técnicas del protocolo Hart.
Tabla PC1. Especificaciones técnicas del protocolo Hart
Figura PC1. Modulación FSK
Esto permite a la señal analógica ser usada por un host para el control de procesos, y la señal digital puede ser usada por el mismo o un host diferente para comunicar la información relacionada a la configuración del dispositivo, diagnostico en tiempo no real y monitoreo de los estados, además la información digital puede viajar en ambos sentidos, es decir, para un instrumento que tradicionalmente solo recibía información de señales de control de un host, por ejemplo una válvula de control, ahora puede enviar información al host acerca de su estado en el proceso, en la figura PC2 se muestra la señal de comunicación digital Hart superpuesta sobre la señal analógica de 4-20 mA.
Modos de comunicación
El protocolo HART ofrece diferentes formas de comunicación maestro esclavo, entre estas se encuentran el modo petición/respuesta, modo burst, entre otros.
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Modo petición/respuesta
Hart usa el modelo de comunicación petición/respuesta, esto significa que, en general, los dispositivos Hart no transmitirán a menos que una petición sea enviada desde el host al dispositivo, por ejemplo, si un dispositivo Hart detecto una condición de falla en sí mismo o en el proceso, el dispositivo Hart no puede comunicar esta información al host a menos que el host solicite específicamente esta información del dispositivo, en la figura PC3 se muestra el modo de comunicación petición/respuesta.
Figura PC3. Modo de comunicación petición/respuesta
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Modo de comunicación Burst
Los dispositivos Hart pueden enviar una simple variable de información continua de un dispositivo sin necesidad de peticiones hechas por el host, este modo es usualmente empleado para enviar una simple variable tal como una variable de proceso, en la figura PC4 se muestra el modo de comunicación Burst.
Figura PC4. Modo de comunicación Burst
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Modo de comunicación Multidrop
El protocolo Hart también tiene la capacidad de conectar múltiples dispositivos de campo sobre el mismo par de hilos en una configuración de red multidrop como la que se muestra en la figura PC5. La configuración Multidrop está limitada a la comunicación digital maestro/esclavo. La corriente a través de cada esclavo se fija a mínimo valor para alimentar el dispositivo.
Figura PC5. Modo de comunicación Multidrop
La tasa típica usando la comunicación digital petición/respuesta es menos de dos mensajes en un segundo para todos los dispositivos en el cable.
La limitación principal del cableado Multidrop en las comunicaciones Hart es la reducida velocidad de comunicación, estos límites prácticos son usados para aplicaciones de adquisición de datos.