Comunicación industrial. Protocolos industriales. (1)

1. Universidad De Oriente
Núcleo Monagas
Departamento De Ingeniería De Sistemas
Cursos Especiales De Grado
Automatización y Control de Procesos Industriales
Protocolos de Comunicación Industrial: Hart
Facilitador: Equipo OPC:
Judith Devia González, Daniela
C.I: 18.652.312
Hernández, Karla
C.I: 18.588.070
Maturín, Abril 2015

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INDICE
INTRODUCCIÓN.................................................................................................................3
MARCO TEÓRICO..............................................................................................................4
Protocolos de Comunicacion Industrial............................................................................4
Protocolo de comunicación HART ....................................................................................5
Características del protocolo HART..................................................................................5
La señal de frecuencia del protocolo................................................................................6
Redes de comunicación HART..........................................................................................7
Beneficios de la comunicación HART...............................................................................9
DISCUSIÓN........................................................................................................................10
CONCLUSIÓN ...................................................................................................................12
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................13

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INTRODUCCIÓN.
Desde la era de la revolución industrial, las empresas han ido
automatizando todos los procesos de producción para así obtener productos de
mejor calidad, en menor tiempo y por supuesto para tratar de abaratar los costos
de producción y generar mayor ganancia. Esto ha traído como consecuencia la
creación de muchas tecnologías que permitan ir mejorando la automatización de
procesos productivos dentro de la misma. Con el pasar del tiempo se vio la
necesidad de crear de forma inmediata tecnologías que hicieran posible la
comunicación directa entre las maquinarias o procesos de operación y la persona
encarga de la supervisión y control de dichos procesos.
Es aquí donde se dio la creación de los protocolos de comunicación
industrial, permitiendo así crear estándares para establecer una correcta
comunicación pero de forma bidireccional entre ambos actores.

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MARCO TEÓRICO
Protocolos de Comunicación Industrial.
Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas que permiten la
transferencia e intercambio de datos entre los distintos dispositivos que conforman
una red. Estos han tenido un proceso de evolución gradual a medida que la
tecnología electrónica ha avanzado y muy en especial en lo que se refiere a los
microprocesadores.
Un importante número de empresas en nuestro país presentan la existencia
de islas automatizadas (células de trabajo sin comunicación entre sí), siendo en
estos casos las redes y los protocolos de comunicación Industrial indispensables
para realizar un enlace entre las distintas etapas que conforman el proceso.
La irrupción de los microprocesadores en la industria han posibilitado su
integración a redes de comunicación con importantes ventajas, entre las cuales
figuran:
• Mayor precisión derivada de la integración de tecnología digital en las
mediciones.
• Mayor y mejor disponibilidad de información de los dispositivos de campo.
• Diagnóstico remoto de componentes.
La integración de las mencionadas islas automatizadas suele hacerse
dividiendo las tareas entre grupos de procesadores jerárquicamente anidados.
Esto da lugar a una estructura de redes Industriales, las cuales es posible agrupar
en tres categorías:
• Buses de campo.
• Redes LAN.
• Redes LAN-WAN.
En esta oportunidad nos referiremos a los protocolos de comunicación más
usados en la industria.

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Los buses de datos que permiten la integración de equipos para la medición y
control de variables de proceso, 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 o 0 a 10V DC, según corresponda. Generalmente son redes
digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan
dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores, sensores y equipos
de supervisión. 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.
• Fieldbus Foundation.
Protocolo de comunicación HART
Hart (Transductor remoto direccionable de alta velocidad) es un protocolo de
comunicación diseñado para aplicaciones de medición y control de procesos
industriales.
En los años 90 se creó la HART Communication Foundation, una fundación sin
fines de lucro entre las empresas que adoptaron este protocolo, con el objeto de
proveer un soporte para la aplicación de esta tecnología, asegurándose que fuera
abierta y estuviese disponible en beneficio de la industria. Actualmente, esta
fundación maneja los estándares de protocolos y la propiedad intelectual de los
mismos, realiza cursos de entrenamiento y se encarga de la masificación de
HART en el mundo. Por otra parte, los mayores proveedores de instrumentación
apoyan este protocolo, contando con una variada gama de instrumentación para
aplicaciones de medición y control.
Características del protocolo HART

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Fácil de usar: HART tiene una eficacia probada en terreno, es muy sencillo de
usar y provee una muy efectiva comunicación digital de dos vías. Asimismo, este
protocolo es usado simultáneamente con la señal análoga de 4-20 mA, utilizada
por los instrumentos tradicionales.
Solución de comunicación única: Como ninguna otra tecnología de
comunicación digital, el protocolo HART provee una excepcional solución de
comunicación compatible con gran parte de la base de instrumentos instalados y
en uso actualmente. Esta característica de compatibilidad asegura que el cableado
existente y la estrategia de control actual continuarán en el futuro.
Diseñado para ocupar la señal análoga tradicional de 4-20 mA, el protocolo HART
maneja comunicaciones digitales utilizando dicha señal como portadora, para
medición de procesos y aparatos de control. Las aplicaciones incluyen
interrogación de variables de proceso remotas, acceso cíclico a datos de proceso,
ajuste de parámetros y diagnóstico.
Comunicación tipo Maestro-Esclavo: Durante operación normal, en cada
esclavo (equipo de terreno) la comunicación es iniciada por un equipo de
comunicación tipo maestro. Dos maestros pueden conectarse a cada lazo de
comunicación HART. El maestro primario es generalmente un aparato de Control
tipo DCS (sistema de control distribuido), controlador de lógica programable (PLC)
o un Computador Personal (PC). El maestro secundario puede ser un terminal
portátil de comunicación u otro PC. Los aparatos esclavos incluyen transmisores,
actuadores de válvula y controladores que responden al comando del maestro
primario o secundario.
La señal de frecuencia, corazón del protocolo
Se dice que Hart es un protocolo hibrido por que combina comunicación analógica
y digital. Puede comunicar una sola variable usando una señal analógica de 4-20
mA, mientras comunica también información agregada sobre una señal digital. La
información digital es transportada por una modulación de bajo nivel superpuesta
en un lazo de corriente estándar de 4-20 mA.
La señal digital no afecta la lectura analógica porque se remueve la señal
analógica mediantes técnicas estándar de filtrado.
La habilidad de llevar esta información digital agregada es la base de los
beneficios claves de hart.

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El protocolo de comunicación HART está basado en el sistema de
comunicación telefónica estándar BELL 202 y opera usando el principio del
Cambio Codificado de Frecuencia (FSK). La señal digital está construida de dos
frecuencias principales, 1200 Hz y 2200 Hz, representando los Bits 1 y 0 (cero),
respectivamente. Las ondas seno de estas dos frecuencias están super impuestas
en la señal de corriente continua análoga de 4-20 mA DC. Con esto, cables de
comunicación con señales análogas transportan a la vez comunicación análoga y
digital (Fig. 1).
Figura 1: Comunicación análoga y digital simultánea.
Producto que el valor promedio de la señal FSK es siempre cero, la señal análoga
de corriente continua de 4-20 mA, no es afectada en ningún modo por esta
comunicación digital. La comunicación digital tiene un tiempo de respuesta
promedio aproximado de dos a tres actualizaciones por segundo, sin interrumpir la
señal análoga, y se requiere una mínima impedancia de lazo análogo de 230
ohms.
Redes de comunicación HART
Los aparatos HART pueden operar en una o dos configuraciones diferentes de
RED: Punto a punto o Multidrop (multipunto).
Comunicación tipo Punto a Punto: En el modo Punto a Punto, la señal
tradicional de 4-20 mA es usada para comunicar una variable de proceso mientras
otras variables adicionales -parámetros de configuración y otras informaciones de
aparato- son transmitidas digitalmente usando el protocolo HART (Fig. 2). La señal

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análoga de 4-20 mA no es afectada por la señal HART y puede ser usada para el
monitoreo o control en la forma normal. La señal de comunicación digital HART le
da acceso a variables secundarias y a otras informaciones, que pueden se usadas
para propósitos de operación, mantención y diagnóstico.
Figura 2: Modo de operación Punto a Punto.
Comunicación tipo Multipunto (Multidrop): El modo Multipunto requiere
solamente un par de alambres y si es aplicable, el lazo también puede tener
barreras de seguridad y fuentes de poder auxiliares para hasta 15 aparatos de
terreno (Fig. 3). Todos los valores de proceso son transmitidos digitalmente; en el
modo Multi-punto, las direcciones de "Polling" de los aparatos de terreno son
mayores que 0 y la corriente a través de cada equipo está fijada a un mínimo valor
(típicamente 4 mA).
Figura 3: Modo de operación Multipunto.

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Se recomienda el uso del modo Multipunto para aplicaciones con instalaciones de
control de supervisión, que tengan equipamientos bastante alejados entre sí, tales
como tendidos de cañería en gasoductos y oleoductos, como también en
instalaciones en plantas de almacenamiento de combustibles u otros fluidos, o en
estaciones de transferencia controlada de fluidos.
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.

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DISCUSIÓN
Con la automatización de los procesos productivos industriales, a lo largo
del tiempo se vio la necesidad de crear una forma de comunicación entre la planta
o los procesos y las personas encargadas de la supervisión. Esto se da debido a
que en las industrias se venían creando lo que llaman isla automatizas, que es
células de trabajos sin comunicación entre si, trayendo como consecuencia que no
se podían crear enlaces que relacionaran un proceso con otro y no se podía
contar con una información precisa y de tiempo real en cada uno de los procesos.
Es aquí cuando se da la creación de protocolos de comunicación industrial,
los cuales permiten que se estableciera una comunicación adecuada entre las
plantas y sus procesos y los responsables de los mismos. Gracias a la integración
de estas células de trabajos se crearon estructuras de redes industriales, pero las
más comunes actualmente con los buses de campo, que permite la integración de
equipos para la medición y control de variables de procesos. Una de las
características de los buses de campo es que simplifica la enorme instalación para
la conexión de los mismos.
Uno de los buses con mayor utilización en el campo de la automatización
de procesos de producción es el llamado protocolo de comunicación de Hart. Este
protocolo fue creado para aplicaciones de medición y control industrial. Este
protocolo tiene como característica que puede comunicar una señal que puede ser
actualizada varias veces por segundo, dicha señal es enviada a través de una
comunicación o señal analógica estándar y de forma paralela también esta
enviando una variable agregada en una señal superpuesta pero de forma digital.
Esta comunicación se puede dar de forma bidireccional, con el fin de que
pueda haber una comunicación eficiente entre el supervisor y los procesos, si este
decide cambiar o modificar valores de una variable determinada se pueda dar de
forma automática y para que pueda estar al tanto de los procesos y
funcionamientos dentro de las distintas actividades.

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Es importante destacar que esta comunicación se puede dar con una o dos
configuraciones deferentes de redes: punto a punto o multipunto; esto va a
depender de cómo queramos la comunicación y de cuantos instrumentos de
campos se tengan dentro de la medición y control de un proceso industrial. Ya el
primero de ellos trabaja con un instrumento de campo de emite señales con
información sencilla y agregada y la segunda puede trabajar hasta con quince
instrumentos de campos.

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CONCLUSIÓN
Gracias a los avances de la automatización dentro de la industria y la
creciente necesidad por satisfacer requerimientos técnicos, se da la creación de
protocolos de comunicación, con el fin de poder enviar y recibir información de
actividades realizadas entre los procesos y las personas encargadas de supervisar
los mismo.
Es por esto que se da la creación de diversos tipos de protocolos, dentro de
los que encontramos los protocolos de comunicación HART, que permite una
comunicación bidireccional entre los sistemas de control y la planta; ayudando así
a poder llevar una comunicación de forma inmediata y poder hacer ajustes y
supervisión de forma automatiza.

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BIBLIOGRAFÍA
 Emerson Process Management (2002). Introduction a Hart. Direction URL:
http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20Central%20Web
%20Documents/EngSch-Buses_201_es.pdf
 Protocolo Hart. (S/F). [Documento en Línea]. Disponible en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_HART
 Kurt Meichsner, (2004). Automatización Protocolo Hart. Dirección URL:
http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=95
 Kurt Meichsner, (2004). Protocolo de Comunicación Industrial. Dirección
URL: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=562&edi=7
 Generalidades sobre protocolos de comunicación industrial. (S/F).
Disponible en: http://www.electromatica.cl/protocolos.html