Protocolo hart

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INTRODUÇÃO

O protocolo Hart foi introduzido pela Fisher Rosemount em 1980. Hart é um acrônimo de “Highway Addressable Remote Transducer”. Em 1990 o protocolo foi aberto à comunidade e um grupo de usuários foi fundado.
A grande vantagem oferecida por este protocolo é possibilitar o uso de instrumentos inteligentes em cima dos cabos 4-20 mA tradicionais. Como a velocidade é baixa, os cabosnormalmente usados em instrumentação podem ser mantidos. Os dispositivos capazes de executarem esta comunicação híbrida são denominados smart.

O Sinal HART
O sinal Hart é modulado em FSK (Frequency Shift Key) e é sobreposto ao sinal analógico de 4..20 mA. Para transmitir 1 é utilizado um sinal de 1 mA pico a pico na freqüência de 1200 Hz e para transmitir 0 a freqüência de 2400 Hz é utilizada.
Acomunicação é bidirecional.


Figura 1: Sinal Hart sobreposto ao sinal 4..20 mA


Este protocolo permite que além do valor da PV outros valores significativos sejam transmitidos como parâmetros para o instrumento, dados de configuração do dispositivo, dados de calibração e diagnóstico.
O sinal FSK é contínuo em fase, não impondo nenhuma interferência sobre o sinal analógico. A padronizaçãoobedece ao padrão Bell 202 Frequency Shift Keying.

Topologia
A topologia pode ser ponto a ponto ou multi drop. O protocolo permite o uso de até dois mestres. O mestre primário é um computador ou CLP ou multiplexador. O mestre secundário é geralmente representado por terminais hand-held de configuração e calibração.
Deve haver uma resistência de no mínimo 230 ohms entre a fonte de alimentaçãoe o instrumento para a rede funcionar. O terminal handheld deve ser inserido sempre entre o resistor e o dispositivo de campo conforme mostrado na Figura 2.



Figura 2: Conexão de uma entrada a um instrumento HART

O resistor em série em geral já é parte integral de cartões de entrada de controladores single loop e cartões de entrada de remotas e portanto não necessita ser adicionado.Outros dispositivos de medição são inseridos em série no loop de corrente, o que causa uma queda de tensão em cada dispositivo.
Para a ligação de dispositivos de saída a uma saída analógica, não é necessário um resistor de shunt.

Figura 3: Conexão de uma saída HART


Figura 4 Protocolo HART com dois mestres


Modos de Comunicação:
O protocolo HART pode utilizar diversos modos decomunicação. O modo básico é o mecanismo mestre-escravo. Cada ciclo de pedido e recebimento de valor dura cerca de 500 ms, o que implica na leitura de dois valores por segundo.


Figura 5: Comunicação HART em modo mestre escravo (default)

Na topologia ponto a ponto um segundo mecanismo de transferência de dados é possível. O instrumento pode enviar de forma autônoma e periódica o valor de umavariável, por exemplo a PV. No intervalo entre estes envios o mestre pode executar um ciclo de pergunta e resposta. A taxa de transmissão neste caso se eleva para 3 ou 4 por segundo. Este modo é denominado burst ou broadcast mode. O mestre pode enviar uma mensagem para interromper este envio contínuo de mensagens de reply, segundo sua conveniência.
Cada mensagem pode comunicar o valor de até quatrovariáveis. Cada dispositivo HART pode ter até 256 variáveis.
Quando usando uma topologia do tipo multidrop, a rede HART suporta até 15 instrumentos de campo. Apenas o modo mestre escravo pode ser utilizado. Neste caso o valor da corrente é mantido no seu nível mínimo de 4 mA e o valor da PV deve ser lido através de uma mensagem explícita.
A grande deficiência da topologia multidrop é que o tempode ciclo para leitura de cada device é de cerca de meio segundo podendo alcançar um segundo. Neste caso para 15 dispositivos o tempo será de 7,5 a 15 segundos, o que é muito lento para grande parte das aplicações.

Cabos:
A distância máxima do sinal HART é de cerca de 3000 m com cabo com um par trançado blindado e de 1500 m com cabo múltiplo com blindagem simples.
Existem barreiras de...
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