Protocolos De Comunicacion En Las Industrias O Grandes Empresas

Protocolos de comunicación en las grandes empresas

Alumno: Juan Riquelme Salinas

Profesor: Rodrigo Patricio Palma Cerda

Introducción

Para satisfacer los requerimientos técnicos crecientemente complejos y las exigencias económicas, es cada vez más necesaria la conexión entre dispositivos y equipos (automatización, maniobra, etc.). Este intercambio de información convierte a los aparatos individuales en sistemas conjuntos con una mayor calidad en la conducción del proceso y el diagnóstico.

La irrupción de los microprocesadores en los equipos de campo ha posibilitado su integración a redes de comunicación con importantes ventajas, entre las cuales figuran:

• Mayor precisión derivada de la integración digital de las mediciones

• Mayor y mejor disponibilidad de información de los dispositivos

• Diagnóstico remoto de componentes

Los buses de datos que permiten la integración de equipos digitales de campo, 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. Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores.

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

• Foundation Fieldbus

HART

El protocolo HART (High way-Addressable-Remote-Transducer) fue desarrollado inicialmente por Rosemount Inc. y agrupa la información digital sobre la señal analógica típica de 4 a 20 mA DC. La señal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los dígitos 0 y 1 y que forman una onda senoidal que se superpone al lazo de corriente de 4-20 mA. Como la señal promedio de una onda senoidal es cero, no se añade ninguna componente DC a la señal analógica de 4-20 mA.

El protocolo HART habilita la comunicación digital bidireccional con instrumentos inteligentes sin perturbar la señal analógica de 4-20 mA. HART permite la transmisión tanto de la señal analógica de 4-20 mA y la señal de comunicación digital simultáneamente sobre la misma instalación eléctrica. La información de la variable primaria de control es conducida por la señal de 4-20 mA (si se desea), mientras las medidas adicionales, parámetros de proceso, configuración del dispositivo, calibración, y la información de diagnóstico es al mismo tiempo accesible a través del protocolo HART sobre los mismos cables.

Características:

• Permite soportar hasta 256 variables

• Los transmisores pueden conectarse entre sí a través de un bus y conectarse con 15 aparatos (PLC, PCs, etc.)

• Entrega una alternativa económica de comunicación digital.

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

Los Beneficios del Protocolo de Comunicación HART® en Sistemas de Instrumentación Inteligentes

Capacidad Digital

• Acceso a todos los parámetros y diagnóstico del instrumento

• Soporta instrumentos multivariábles

• Estado del instrumento en línea

Compatibilidad Analógica

• Comunicación analógica y digital simultánea

• Compatible con cableado y equipos 4-20 mA ya existentes

Interoperabilidad

• Estándar totalmente abierto

• Comandos universales y estructura de datos

• Optimizado por la Descripción del lenguaje del Instrumento

Disponibilidad

• Tecnología probada en campo como más de 1.400.000 instalaciones

• Extensa variedad de productos

• Protocolo más usado en instrumentos de campo que cualquier otro en la industria

Introducción

El protocolo de comunicación HART® es mundialmente reconocido como un protocolo estándar de la industria para comunicación de los instrumentos de campo inteligentes 4-20mA, basados en microprocesador. 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® .

El protocolo HART® permite la superposición de señal de comunicación digital a las señales analógicas de 4-20mA, sin interferencia, en el mismo cableado. El protocolo HART® proporciona algunos de los beneficios dados por la tecnología fieldbus, manteniendo la compatibilidad con la instrumentación analógica y aprovechando el conocimiento ya dominado sobre los sistemas 4-20mA existentes.

Este documento presenta una breve descripción sobre el protocolo HART® y los beneficios disponibles a través de esta importante tecnología. El ahorro obtenido por instrumento es de US$ 300,00 a US$ 500,00 en instalación y el comisionamiento inicial es de US$ 100,00 a US$ 200,00 al año para mantenimiento y operación, son comúnmente reportados.

Comunicación Digital Analógico

Hace varios años, el estándar de comunicación de campo utilizado por el equipo de control de procesos ha sido la cadena de señal analógica, Ma (mA). En la mayoría de las aplicaciones, la corriente de la señal varía dentro de la gama de 4-20mA proporcional a la variable de proceso representada. Prácticamente todos los sistemas de control de procesos de las plantas utilizan este estándar internacional para la transmisión de información de la variable de proceso.

Digital de señal analógica Comunicación simultánea

Fig. 01 - HART usa la tecnología FSK para codificar la información digital

de comunicación sobre la señal de corriente de 4 a 20 mA

El protocolo de comunicación de campo HART® extiende el estándar 4-20mA al permitir también la medición del proceso de forma más inteligente que la instrumentación de control analógica, proporcionando un salto en la evolución del control de procesos. El protocolo HART® permite una significativa innovación en la instrumentación de procesos. Las características de los instrumentos pueden ser vistas vía comunicación digital que son reflejadas en el llamado protocolo, HART® , que significa “Highway Addressable Remote Transducer – Transductor Remoto Direccionable de Alta Velocidad”.

El Protocolo HART® permite la comunicación digital bidireccional en instrumentos de campo inteligentes sin interferir en la señal analógica de 4-20mA. Tanto la señal analógica de 4-20mA como la señal digital de comunicación HART® , pueden ser transmitidos simultáneamente en el mismo par de hilos. La variable primaria es la información de la señal de control que puede ser transmitida por la señal de 4- 20mA, mientras que las mediciones adicionales, parámetros de proceso, configuración del instrumento, calibración y las informaciones de diagnóstico están disponibles en el mismo par de hilos y al mismo tiempo. A diferencia de otras tecnologías de comunicación digitales “abiertas” para instrumentación de procesos, el protocolo HART® es compatible con los sistemas existentes.

La Tecnología HART®

El Protocolo HART® usa el estándar Bell 202, Modulación por cambios de Frecuencia (FSK) para superponer las señales de comunicación digital a la señal de 4-20mA. Puesto que la señal digital FSK es simétrica en relación al cero, no existe nivel DC asociado a la señal y por lo tanto este no interfiere en la señal de 4-20mA. Una lógica “1” es representada por una frecuencia de 1200Hz y la lógica “0” es representada por una frecuencia de 2200Hz, como es mostrado en las figuras 1 y 2. La señal HART® FSK permite la comunicación digital en dos vías, haciendo posible la transmisión y recepción para obtener información adicional, mas allá de la variable normal de proceso en instrumentos de campo inteligentes. El protocolo HART® se propaga a una velocidad de 1200 bits por segundo, sin interrumpir la señal de 4-20mA y permite una aplicación de tipo “maestro” permitiendo dos o más actualizaciones por segundo desde un único instrumento de campo.

Fig. 02 - HART sobrepone la señal de comunicación digital a la señal de

corriente de 4 a 20 mA

Flexibilidad de Aplicación

HART® es un protocolo del tipo maestro/esclavo, lo que significa que un instrumento de campo (esclavo) solamente “responde” cuando sea “preguntado” por un maestro. Dos maestros (primario y secundario) se pueden comunicar con un instrumento esclavo en una rede HART® . Los maestros secundarios, como los configuradores portátiles de pueden ser conectados normalmente en cualquier punto de la red y comunicarse con los instrumentos de campo sin provocar problemas en la comunicación con el maestro primario. El maestro primario es típicamente un SDCD (Sistema Digital de Control Distribuido), un PLC (Controlador Lógico Programable), un controle central basado en computador o un

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