Descripción general del protocolo de comunicación HART
HART (Highway Addressable Remote Transducer, transductor remoto direccionable de carretera) es un protocolo de comunicación abierto lanzado por la empresa estadounidense Rosemount en 1985, utilizado para el intercambio de datos entre instrumentos inteligentes de campo y equipos de sala de control.
Los dispositivos HART ofrecen una capacidad de comunicación de ancho de banda relativamente bajo y tiempo de respuesta moderado. Tras más de una década de desarrollo, la tecnología HART ya es muy madura en el extranjero y se ha convertido en el estándar industrial mundial de los instrumentos inteligentes.
Principio de funcionamiento del protocolo HART
Señal FSK basada en el estándar Bell202
El protocolo HART utiliza una señal FSK de modulación por desplazamiento de frecuencia basada en el estándar Bell202. Superpone una señal digital de audio con una amplitud de 0.5mA sobre la señal analógica de baja frecuencia de 4-20mA, logrando comunicación digital bidireccional.
Dado que el valor promedio de la señal FSK es cero, no afecta la magnitud de la señal analógica transmitida al sistema de control, garantizando así la compatibilidad con los sistemas analógicos existentes.
Cooperación entre señales analógicas y digitales
En la comunicación del protocolo HART, las variables principales y la información de control se transmiten mediante 4-20mA. Cuando es necesario, otra información de medición, parámetros de proceso, configuración del dispositivo, calibración y diagnóstico se accede a través del protocolo HART.
Modo de comunicación semidúplex
La comunicación HART utiliza el modo semidúplex, cuya característica es realizar comunicación de señal digital en la línea de transmisión de señal analógica existente. Pertenece a los productos de transición en el proceso de transformación de sistemas analógicos a digitales, por lo que en el período de transición actual tiene una fuerte capacidad de competencia en el mercado y ha experimentado un desarrollo relativamente rápido.
Tipos de comandos HART
HART define una serie de comandos y funciona según el modo de comando. Existen tres tipos de comandos:
- Comandos universales: comandos que todos los dispositivos comprenden y ejecutan.
- Comandos de comportamiento general: las funciones proporcionadas pueden implementarse en muchos dispositivos de campo (aunque no en todos); este tipo de comandos incluye la biblioteca de funciones de dispositivos de campo más utilizada.
- Comandos de dispositivos especiales: facilitan la implementación de funciones especiales en ciertos dispositivos; este tipo de comandos puede ser de uso abierto en la fundación o ser exclusivo de la empresa que desarrolló el comando.
En un dispositivo de campo normalmente se pueden encontrar simultáneamente estos tres tipos de comandos.
Lenguaje de descripción de dispositivos DDL
HART utiliza un lenguaje de descripción de dispositivos DDL unificado. Los desarrolladores de dispositivos de campo utilizan este lenguaje estándar para describir las características del dispositivo; la Fundación HART se encarga de registrar y gestionar estas descripciones de dispositivos y las compila en un diccionario de descripciones de dispositivos.
El dispositivo maestro utiliza la tecnología DDL para comprender los parámetros característicos de estos dispositivos, sin necesidad de desarrollar interfaces dedicadas para ellos. Sin embargo, debido a este sistema de señal mixta analógica-digital, resulta difícil desarrollar un chip de interfaz de comunicación que satisfaga los requisitos de todas las empresas.
Ventajas principales del protocolo HART
- Puede alimentarse a través del bus, cumpliendo con los requisitos de seguridad intrínseca contra explosiones.
- Puede formar un sistema de doble maestro con un programador manual y un host del sistema de gestión como dispositivos maestros.
- Compatible con los sistemas analógicos de 4-20mA existentes, protegiendo la inversión existente.
Tabla de consulta rápida de parámetros clave del protocolo HART
| Parámetro | Especificación |
|---|---|
| Modo de modulación | FSK modulación por desplazamiento de frecuencia (estándar Bell202) |
| Señal analógica | 4-20mA |
| Amplitud de señal digital | 0.5mA |
| Modo de comunicación | Semidúplex |
| Tipo de comandos | Universales, de comportamiento general, de dispositivos especiales |
| Descripción de dispositivos | DDL (lenguaje de descripción de dispositivos) |
Resumen
El protocolo HART, como estándar industrial mundial en el campo de los instrumentos inteligentes, superpone comunicación digital sobre la señal analógica de 4-20mA mediante tecnología FSK, equilibrando la compatibilidad con los sistemas analógicos y la flexibilidad de la comunicación digital. Su sistema de tres tipos de comandos y el lenguaje de descripción de dispositivos DDL proporcionan una base sólida para la interoperabilidad de los dispositivos de campo. Para ingenieros técnicos y compradores, comprender los mecanismos centrales del protocolo HART ayuda a tomar decisiones más razonables de selección de instrumentos e integración de sistemas durante el período de transición.