O Protocolo HART na Instrumentação

O que é o protocolo HART?

O protocolo HART é um protocolo (linguagem) de comunicação para instrumentos na indústria de processo. HART é a sigla em inglês para Highway Addressable Remote Transducer.

Foi criado nos anos 90 e esse protocolo padroniza o envio e recebimento de dados digitais através de cabos de sinais analógicos (4 a 20mA), entre os dispositivos e seus controladores. É o protocolo de comunicação de instrumentos mais difundido no mundo.

O controlado, ou host, pode ser um software, um dispositivo portátil, um CLP, um computador ou qualquer outra sistema de controle.

O protocolo Hart é confiável e robusto, sendo instalado em mais de 40 milhões de dispositivos no mundo inteiro.

Os dados digitais (0s e 1s) são enviados simultaneamente com o sinal analógico (4 a 20mA), utilizando um padrão de deslocamento de frequência.

Com isso, o sinal digital consegue ser realizado pelos mesmos 2 fios de uma comunicação analógica de 4 a 20mA.Com isso, o protocolo proporciona alguns dos benefícios do fieldbus, mas mantendo a compatibilidade com a instrumentação analógica e fiação existente dos sistemas 4-20mA existentes.

O sinal digital em baixo nível é superposto no sinal analógico de 4-20 mA. No sinal digital superposto, uma frequência de 1200Hz significa um “1”, e a frequência de 2200Hz significa um “0”.

O sinal de 4-20 mA é para a variável principal do equipamento.

Os sinais digitais são para os comandos, configurações, status, diagnósticos, etc.

O uso dessa tecnologia vem crescendo rapidamente e hoje virtualmente todos os maiores fabricantes de instrumentação mundiais oferecem produtos dotados de comunicação HART.

Os Benefícios do Protocolo de Comunicação HART

Aumentar a eficácia do processo e diminui tempos de parada

Variáveis adicionais de processo ajudam a melhorar a operação
Aviso imediato sobre desvios no processo
Diminui o tempo de resolução de problemas
Diminui riscos de paradas e perdas no processo
Diagnostico remoto permite redução de custos testes in-loco

Capacidade Digital e Analógica

Acesso a todos os parâmetros e diagnóstico do instrumento
Suporta instrumentos multivariáveis
Acompanhamento online do instrumento
Comunicação analógica e digital simultânea
Compatível com fiação e equipamentos 4-20 mA já existentes

Interoperabilidade e disponibilidade

Padrão totalmente aberto
Comandos universais e estrutura de dados
Vasto conhecimento e operadores com conhecimento
Tecnologia provada em campo, protocolo mais usado na indústria
Crescente variedade de produtos

Modos de comunicação do protocolo HART

Dispositivos com HART podem ser operados com dois tipos distintos de configuração:

Ponto a Ponto

Nesta configuração, o sinal tradicional de 4-20 mA é usado para definir uma variável, enquanto outras variáveis de processos importantes seriam comunicadas através de sinais digitais através do protocolo HART.

Dessa forma, o sinal digital HART oferece acesso a variáveis secundárias, bem como dados importantes relativos ao comissionamento, manutenção e diagnósticos e assim por diante.

O protocolo HART pode suportar até dois mestres – mestres primários e secundários. O mestre principal pode ser controladores lógicos programáveis (CLP), sistemas de controle distribuído (DCS) e um computador pessoal (PC). Os mestres secundários podem ser qualquer PC ou um terminal portátil.

Transmissores, controladores e atuadores são alguns dispositivos escravos normalmente conectados ao mestre primário ou secundário. Os dispositivos mestres primários e secundários não interferem no funcionamento um do outro.

Multipontos

É um modo de comunicação em pulsos, onde os dispositivos se comunicam com uma frequência de mais de 3 pulsos por segundo.

A comunicação com multipontos (multidrop) permite vários dispositivos em um único par de fios. Quando este modo é usado, a comunicação analógica não é disponível.

Todas as variáveis de processo são transmitidas digitalmente. Todos os dispositivos de campo neste modo têm endereços de rede >0.

Cada instrumento HART tem um número de endereço de rede, que normalmente é definido como um valor de zero (0). Um endereço de rede é um número usado para distinguir um dispositivo de outro em uma rede de transmissão, de modo que as mensagens transmitidas pela rede podem ser direcionadas para destinos específicos.

Quando um instrumento HART opera no modo Ponto a Ponto, onde deve ter seu próprio par de fios dedicado para cada instrumento, não há necessidade de mudar o endereçamento.

Um endereço (>0) somente se torna necessário quando vários dispositivos estão conectados à mesma fiação de rede (Multipontos), e surge a necessidade de distinguir digitalmente um dispositivo de outro na mesma rede.

Portanto a única coisa necessária para usar o dispositivo no módulo Multipontos é colocar um endereço de rede diferente de 0. Os números de endereços em si são irrelevantes, desde que fiquem dentro da faixa de 1 a 15 e sejam exclusivos dessa rede.

A maior desvantagem de usar instrumentos HART no modo Multipontos é sua velocidade lenta devido à taxa de dados do protocolo HART (1200 bits por segundo). Pode levar vários segundos para acessar um dado de instrumentos específicos em uma rede assim.

Para algumas aplicações, como a medição da temperatura, este tempo de resposta lento pode ser aceitável. Para processos inerentemente mais rápidos, como o controle de fluxo líquido, não seria suficientemente rápido o suficiente para fornecer informações atualizadas para que o sistema de controle atue.