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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO JOO DEL-REI CAMPUS ALTO PARAOPEBA ENGENHARIA MECATRNICA

Protocolo Hart

Eduardo Luiz Costa Joo Paulo Cardozo Pedro Henrique Rezende Neto Professor: Mrio Cupertino da Silva Jnior

Ouro Branco 2013

Roteiro Objetivo

Introduo Protocolo Hart Objetivos do Protocolo Funcionamento do Protocolo Caractersticas do Protocolo

Comandos do Protocolo Topologias e Arquiteturas

Roteiro Vantagens e Desvantagens do Protocolo

Metodologia de Construo e Comunicao Aplicabilidade na Indstria Exemplos de Aplicao em Diversos Setores

Motivos que justificam sua Implantao Problemas que podem ocorrer na implantao ou uso Possveis Solues para os Problemas

Concluso Referncias Bibliogrficas

ObjetivoFazer o estudo e a anlise do Protocolo Hart.

Introduo Desenvolvido pela empresa Fisher Rousemount na dcada de 80. Comunicao entre componentes inteligentes. Sobreposio do sinal digital sobre o analgico. Sobreposio do sinal digital sobre o analgico 420mA.

Em 2007, desenvolvido o HART sem fio, WirelessHART.

Protocolo Hart O protocolo Hart um protocolo do tipo mestre/escravo. O protocolo HART utiliza apenas as camadas fsica, de enlace e de aplicao.

Protocolo HartSinal Hart O protocolo HART faz uso do padro Bell 202 de chaveamento por deslocamento de freqncia (FSK) para sobrepor os sinais de comunicao digital ao sinal analgico de 4-20mA. O sinal FSK contnuo em fase, no impondo nenhuma interferncia sobre o sinal analgico Permite alm da transmisso da informao desejada, ele possibilita a transmisso de informaes adicionais.

Protocolo HartMensagem Hart Estrutura da mensagem enviada pelo sinal HART digital:

Figura 1 - Estrutura da Mensagem Hart

Objetivos do ProtocoloOs principais objetivos do Protocolo Hart so: Prover a comunicao confivel entre os vrios sistemas de informao; Melhorar o fluxo e o acesso s informaes; Agilizar as tomadas de decises administrativas facilitando a comunicao entre seus usurios.

Princpios de FuncionamentoSistema de controlador sem o Protocolo Hart.

Figura 2 Sistema de Controlador sem o HART

Princpios de FuncionamentoSistema de controlador com o Protocolo Hart.

Figura 2 Sistema de Controlador com o HART

Caractersticas do ProtocoloAs caractersticas do Protocolo HART so: Protocolo simples, de fcil operao e manuteno; Compatvel com a instrumentao analgica; Sinal analgico e comunicao digital; Opo de comunicao ponto a ponto ou multidrop; Acesso de dados de maneira flexvel usando-se at dois mestres; Suporta equipamentos multivariveis; 500 ms de tempo de resposta (com at duas transaes); Totalmente aberto com vrios fornecedores.

Comandos do ProtocoloExistem quatro classes de Comandos, so eles: Comandos Universais Comandos de Prticas Comuns Comandos Especficos de Dispositivos Comandos de Famlias de Dispositivos

Comandos do ProtocoloTabela 1 Comandos do Protocolo HartComandos Universais Comandos Especficos de Dispositivos

Leitura do fabricante e do tipo de dispositivo Leitura das variveis Leitura da corrente de sada

Funes especficas do modelo

Opes especiais de calibrao

Leitura de mais de 4 variveis dinmicas predefinidas

Iniciar, parar e resetar totalizador

Mudana de Limite Inferior

Selecionar varivel primria

Ajuste de Zero e Span Inicio de auto-teste Nmero de srie

Habilitar PID Mudana de Set Point Ajuste de parmetros de sintonia

Valores de constante de tempo

Topologias O protocolo permite o uso de at dois mestres que podem se comunicar com um instrumento escravo em uma rede Hart. O protocolo Wired Hart apresenta dois tipos de topologias: ponto a ponto ou multidrop.

Topologias Ponto a PontoFigura 4 Dois Mestres acessam uma informao de um mesmo escravo.

Figura 5 Comunicao Mestre-Escravo.

Topologias Multidrop

Figura 6 Topologia Multidrop.

Topologias O protocolo Wireless Hart apresenta trs tipos de topologias: rede estrela, malha de rede e malha de rede estrela.

Figura 7 Topologias Wireless Hart

Vantagens e DesvantagensVantagens: Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicao digital; Usa o mesmo tipo de cabo utilizado na instrumentao analgica; Disponibilidade de equipamentos de vrios fabricantes; Transmisso simultnea de dados digitais; Simplicidade graas a interfaces intuitivas acionadas por menus; Reduo de riscos por meio de um protocolo altamente preciso e slido; Facilidade de implementao para maximizar a eficcia de custos iniciais; Vasta seleo de produtos, com dispositivos e aplicativos de software compatveis com a maior parte de fornecedores de automao de processos;

Independncia de plataforma para interoperabilidade completa com ambientes de mltiplos fornecedores.

Vantagens e DesvantagensDesvantagens: Limitao quanto velocidade de transmisso das informaes; Falta de economia de cabeamento (precisa-se de um par de fios para cada instrumento).

Metodologia de Construo e ComunicaoPara a escolha do dispositivo Hart ideal, deve-se levar em considerao os seguintes fatores: Variveis a serem medidas; Tipo de acesso do controlador; Taxa de atualizao de Entrada/Sada; Recursos para a calibrao do instrumento;

Metodologia de Construo e ComunicaoComissionamento de DispositivosO processo de comissionamento de um dispositivo inclui algumas caractersticas, so elas: Verificao de Dispositivos; Verificao da Integridade da Malha; Armazenamento de Registros;

Metodologia de Construo e ComunicaoConfigurao de DispositivosO protocolo HART possui diversas maneiras de acesso s informaes nos dispositivos habilitados, so elas: Configurao com Comunicadores Portteis; Comunicao atravs de Computador

Metodologia de Construo e ComunicaoConfigurao de Dispositivos

Figura 8 Dispositivos para comunicao.

Metodologia de Construo e ComunicaoIntegrao dos DispositivosPara potencializar a eficincia dos dispositivos de campo inteligentes, existem algumas maneiras de integrar os dados Hart, dentre essas maneiras, destacam-se: Integrao Ponto a Ponto; Integrao Hart a Analgico; Integrao Hart mais Analgico; Integrao Total Hart; Integrao Hart a Rede de Fbrica.

Metodologia de Construo e ComunicaoIntegrao dos Dispositivos

Figura 9 Integrao dos Dispositivos.

Metodologia de Construo e ComunicaoCalibrao dos DispositivosO processo de calibrao consiste em trs etapas, so elas: Transformao das Variveis de Processo; Escalamento das Variveis de Processo; Gerao de Sinal.

Metodologia de Construo e ComunicaoCabeamento dos DispositivosExistem algumas diretrizes a seguir para o cabeamento de um instrumento Hart, so eles: Utilizar cabeamento blindado de par tranado; Aterra em um nico ponto; Garantir alimentao de energia eltrica; Permanecer abaixo do comprimento mximo de cabo permitido.

Aplicabilidade na IndstriaMonitoramento e controle de processo: Instrumentos multivariveis; Medies Ad-Hoc em curto prazo; Calibragem de nvel de tanque;

Melhoramento de infra-estrutura da planta/instrumento; Controle supervisrio e de processo no-crtico.

Aplicabilidade na IndstriaGerenciamento de ativos Verificar e validar com rapidez as configuraes de dispositivos e malhas de controle; Utilizar diagnsticos remotos para reduzir verificaes de campo desnecessrias; Capturar dados de tendncia de desempenho para diagnsticos de manuteno preventiva; Reduzir custos de inventrios de sobressalentes e de

gerenciamento de dispositivos.

Exemplos de Aplicao Petrolfera Shell Scotford:Objetivos: Expanso da produo/migrao de rede; Solues: Utilizar aparelhos de calibragem virtual; Aparelhos crticos do processo calibrados no padro 4-20mA; Centro de controle da rede; Resultados: Expanso segura e eficiente; Solues de problemas em aparelhos em tempo real; Manuteno preditiva e preventiva; Economia superior a U$7,1 milhes;

Exemplos de Aplicao Energtica WE Energies:Objetivos: Segurana quanto ao vapor de dois geradores;Comunicao com os aparelhos de campo para prever interrupes.

Solues: Otimizao de ativos; Comunicao HART aos aparelhos que eram setados a mo e aos SCD. Resultados: Aumento no tempo de servio/vida das vlvulas; Reduo de custos pelo gerenciamento de ativos; Extenso do tempo de vida de vlvulas crticas para o processo.

Motivos que Justificam sua Implantao Opo para migrao/atualizao; Gerenciamento de ativos;

Figura 10 Conexo do Protocolo Hart.

Problemas que podem ocorrer na Implantao Comprimento do cabeamento;

Figura 11 Cabos utilizados no Protocolo Hart.

Possveis Solues para os Problemas Encontrados Limitar o comprimento do cabo atravs de componentes repetidores:Tabela 2 Especificaes de Cabeamento

Instrumentos/ Capacitncia

65 nF/Km

95 nF/Km

160 nF/Km

225 nF/Km

1 5 10 15

2800 2500 2200 1800

2000 1800 1600 1400

1300 1100 1000 900

1000 900 800 700

ConclusoA rede Hart uma rede altamente confivel. Percebe-se que a rede Hart tem como caracterstica principal a transmisso de sinais digitais juntamente com o sinal analgico, em um nico dispositivo.

Referncias Bibliogrficas HARTCOMM. Disponvel em . Acesso em 29/03/2013

Eric Bezerril Fonseca. Redes Industriais: Protocolo de Comunicao Hart. Natal2009 Thiago Augusto Nogueira. Redes de Comunicao para Sistemas de Automao Industrial. Ouro Preto 2009

Constantino Seixas Filho. Introduo ao Protocolo Hart.SLIDESHARE. Disponvel em: . Acesso em 29/03/2013

SCRIBD. Disponvel em: . Acesso em 29/03/2013

FIM