En el principio
 Primeros sistemas de control basados en el uso de lógica neumática :
 Rango habitual para señales analógicas: 3 -15 psi
 Primeros sistemas de control electrónicos:
 Rangos empleados inicialmente para señales analógicas: 0-20 mA, 1-5 V, 0– 10 V, 10-50 mA
0-20 mA
1-5 V
0-10 V
10-50 mA
Corte de hilo
No
Si
No
Si
Sensible a EMC
No
Si
Si
No
Seguridad
eléctrica
Si
Si
Si
No
Compatible con
entradas 1-5 V
No
Si
No
Si
La solución ideal
 El uso de una señal de 4-20 mA resuelve
todos estos problemas:
 4 mA indica valor mínimo
 20 mA indica valor máximo
 I<4 mA posible falla
 I=0 mA indica corte de hilo
 Se trabaja debajo del límite de seguridad eléctrica
de 30 mA
 4-20 mA puede convertirse a 1-5 V mediante una
resistencia de precisión de 250 ohms
 4-20 mA permite largos tendidos de cableado
(típicamente hasta 1 km para transmisores de 2
hilos)
 Amplia adopción del lazo de corriente 4-20 mA: estándar “de facto”de la industria.
La estandarización del lazo 4-20 mA
Estandarización cubierta por:
El estándar ANSI/ISA-S50.1-1982 (R-1992) “Compatibilidad de señales analógicas para instrumentos electrónicos de procesos
industriales” (Compatibility of Analog Signals for Electronic Industrial Process Instruments)
Señales estándard
Transmisores estándard
Receptores estándard
La recomendación NAMUR NE43 “Estandarización del Nivel de Señal para la Información de Falla en Transmisores Digitales”
(Standardization of the Signal Level for the Failure Information of Digital Transmitters)
Mediante la extensión del rango de la señal de 4-20mA, se puede indicar la falla de un sensor. Se interpreta como falla de un sensor
si la corriente se encuentra por debajo de 3,6 mA o por encima de 21 mA. La condición de falla debe durar mas de 4 segundos y abarcar por lo menos 2
ciclos de scan antes de ser interpretado como una falla del sensor.
American National Standards Institute
Normenarbeitsgemeinschaft für Meß- und Regeltechnik
La llegada de la era digital
Limitación de los dispositivos 4-20 mA: solo se puede transmitir una variable de proceso.
Como mejorar la tecnología 4-20 mA?
Con la tecnología digital:
Diponibilidad de microprocesadores de bajo costo: métodos para incluir información digital codificada en la señal de 4-20 mA.
Diferentes versiones del método FSK (Frequency Shift Key).desarrollado por los Laboratorios Bell en 1976.
Estándar de Comunicaciones Bell 202: modulación de 2 frecuencias sobre la señal de 4-20 mA.
Ejemplos:
Foxboro FoxCom: 600 baudios
Yokogawa Brain: 2400 Hz es 0, frecuencia nula es 1, 1200 baudios
Rosemount HART (Highway Addressable Remote Transducer). 1200
Hz es 1, 2200 Hz es 0, 1200 baudios
Digital no implica rápido
HART emplea una onda senoidal para enviar información adicional digitalizada sobre la señal de 4-20 mA.
Como el valor medio de la señal es igual a cero, no afecta a la señal de 4-20 mA .
Un dispositivo de campo HART puede funcionar como un equipo 4-20 mA tradicional.
En combinación con un equipo que cuente con soporte de HART la información adicional incluye:
Hasta 4 variables de proceso: PV, SV, TV QV.
Recibir comandos HART enviados por el Sistema de control
Enviar información de diagnóstico al Sistema de control
Parametrización remota del dispositivo.
La velocidad de transferencia de datos en HART es de 1200 kbps en modo half-duplex.
Esta velocidad se mantuvo en el tiempo para asegurar la retrocompatibilidad y el bajo costo.
HART es un estándar abierto
HART se presenta en 1985 por Rosemount Inc. Una división de Emerson Electric Co.
Aparecen alternativas de Yokogawa (BRAIN) y Foxboro (Foxcomm) equivalentes.
Alguien los recuerda?
HART: estándar abierto en 1986, administrado por la HART Communication
Foundation (HCF).
Fabricantes interesados aceden a la tecnología uniéndose a la HCF
La HCF realiza los test de interoperabilidad
La HCF certifica que un dispositivo es compatible
Transmisor 4-20 mA tradicional
PLC
A/D
•
•
µP
A/D
Por lo menos 3 conversiones Analógico/Digital
Cada conversión implica un arrastre de error y precisión
mA
A/D
CPU
Transmisor 4-20 mA HART
PLC
A/D
•
µP
A/D
Q
3 x V=Hart
Un transmisor HART puede entregar varias Variables de Proceso,
además de ofrecer información adicional (totales; dirección de flujo,
compensación por temperatura o densidad, etc.
A/D
CPU
Transmisor 4-20 mA HART en modo
digital
PLC
A/D
µP
Q
T
ρ
M
•
Un transmisor HART puede entregar varias Variables de Proceso en
formato digital, además de ofrecer información adicional (totales;
dirección de flujo, compensación por temperatura o densidad, etc.
A/D
CPU
Controlador
(master primario)
Lazo 4-20 mA
HART
handheld
configurato
r
Dispositivo de campo HART
(esclavo)
Handheld
(master secundario)
Placa o módulo de I/O
con soporte HART
Cronología HART
1976
1980
1984
1988
1992
1996
2000
2004
2008
Bell 202 modem
Inicio del desarrollo de HART
HART se presenta al mercado
HART se libera como protocolo abierto, se crea la HCF, V2
HART V3
HART V4, soporte multivariable
HART V5, formato de frame largo, identificador único, modo burst
HART V5.1, soporte para múltiples salidas analógicas
HART V5.2, actualización de la capa física
HART V6.0, tags largos, mejoras en soporte multivariable
HART V7.0, Wireless HART
HART IP se presenta al mercado
HART IP empieza a ser integrado en sistemas de control
2012