O documento resume as principais características do protocolo HART, incluindo sua estrutura em camadas, o sinal digital sobreposto ao analógico de 4-20mA, os modos de comunicação mestre-escravo e burst, e o uso de configuradores, multiplexadores e tecnologias sem fio para monitoramento industrial.

1. PROTOCOLO
HART

2. PROFESSOR:PROFESSOR:
TEIXEIRATEIXEIRA

3. CURRÍCULO RESUMIDO
Técnico em Instrumentação formado pela Escola SENAI Santos;
Técnico em Eletrônica formado pela Escola Piratininga na cidade de
Santos; Tecnólogo em Processamento de Dados formado pela
UNESP - FATEC / BS na cidade de Santos. Diversos treinamentos na
área de automação. Trabalhou na Goiasfértil em Catalão - GO;
COSIPA em Cubatão - SP; SENAI Santos no Curso Técnico de
Instrumentação; SENAI Curitiba na Unidade Móvel em parceria
SENAI - SMAR. Atualmente é Diretor da T4M empresa de Consultoria
e Treinamentos na área de Instrumentação e Controle de Processos,
onde presta serviços para as seguintes empresas: ISA Distrito 4,
UTFPR e CEFET do Paraná, Petrobrás Six e Repar, Yokogawa, Smar,
Alunorte, Fluke, Chemtech, ABB, Tractebel, P+F, ABRAMAN, AC
Engenharia, LACTEC, SENAI – Santos/SP, SENAI – Lauro de
Freitas/BA, SENAI – Itumbiara/GO entre outras.

4. OBJETIVOS DO TREINAMENTO
Proporcionar aos participantes as informações básicas
sobre as principais redes de comunicação industrial que são
utilizadas nas variáveis de controle de processo das plantas
industrias.

5. PROTOCOLO HART
1- 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.

6. PROTOCOLO HART
1- INTRODUÇÃO
A grande vantagem oferecida por este protocolo é possibilitar
o uso de instrumentos inteligentes em cima dos cabos de
4...20 mA tradicionais. Como a velocidade é baixa, os cabos
normalmente usados em instrumentação podem ser
mantidos. Os dispositivos capazes de executarem esta
comunicação híbrida são denominados smart.

7. PROTOCOLO HART
2 – ESTRUTURA DO PROTOCOLO HART

8. PROTOCOLO HART
2 – ESTRUTURA DO PROTOCOLO HART
A camada física (1) especifica como os dispositivos serão
conectados mecanicamente e eletricamente (tipo de cabo,
distâncias, aterramento) e define de que forma o sinal digital
será codificado.

9. PROTOCOLO HART
2 – ESTRUTURA DO PROTOCOLO HART
A camada de enlace (2) divide a informação a ser transmitida
em pacotes, adiciona o bits referentes a detecção de erros e
controla o acesso ao meio.

10. PROTOCOLO HART
2 – ESTRUTURA DO PROTOCOLO HART
A camada de aplicação (7) define os comandos, respostas,
tipos de dados e decodifica os relatórios de status do
dispositivo.

11. PROTOCOLO HART
3- 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 2200 Hz é
utilizada. A comunicação é bidirecional.
A modulação é feita com sinais senoidais com 0,5 mA de pico
de corrente. Como o valor médio de uma senóide é igual a
zero, a informação digital não altera o valor da corrente
analógica.

12. PROTOCOLO HART
3- O SINAL HART

13. PROTOCOLO HART
3- O SINAL HART

14. PROTOCOLO HART
3- O SINAL HART
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 não impõe nenhuma interferência sobre o sinal
analógico. A padronização obedece ao padrão Bell 202
Frequency Shift Keying.
O Protocolo HART adiciona, ao sinal de corrente 4...20 mA,
um sinal digital com modulação FSK a 1200 bps.

15. PROTOCOLO HART
4- 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 250 ohms entre
a fonte de alimentação e o instrumento para a rede funcionar.
O terminal handheld deve ser inserido sempre entre o resistor
e o dispositivo de campo.

16. PROTOCOLO HART
4- TOPOLOGIA
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.
Porém quando o instrumento estiver em uma bancada
para calibração, deve ser colocado o resistor de 250 ohms,
para que a aconteça a comunicação entre o instrumento e o
programador.

17. PROTOCOLO HART
4- TOPOLOGIA
Resistor
250 ohms

18. PROTOCOLO HART
4- TOPOLOGIA
Para a ligação de dispositivos de saída a uma saída analógica,
não é necessário um resistor de shunt.
A
O

19. PROTOCOLO HART
4- TOPOLOGIA
Rede HART com Dois Mestres

20. PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES
O Palm como Interface para a Configuração de Instrumentos

21. Exemplo de Ligação entre o Palm e o Instrumento
PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES

22. O Palm como Interface para a Configuração de Instrumentos
PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES

23. Programador HART 375
PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES

24. Exemplo de Ligação entre o Programador 375 e o Instrumento
PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES

25. Programador HART 475
PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES

26. Calibrador e Programador HART FLUKE 744
PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES

27. Exemplo de Ligação entre o Programador Hart 744 da FLUKE e o instrumento
PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES

28. Calibrador e Programador Calibrador BEAMEX MC-5
PROTOCOLO HART
5 - CONFIGURADORES

29. PROTOCOLO HART
6 - MODOS DE COMUNICAÇÃO
O protocolo HART pode utilizar diversos modos de
comunicação. 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.

30. PROTOCOLO HART
6 - MODOS DE COMUNICAÇÃO
Comunicação HART em Modo Mestre Escravo (default)

31. PROTOCOLO HART
6 - MODOS DE COMUNICAÇÃO
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 uma variável, 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 replay, segundo sua
conveniência. Cada mensagem pode comunicar o valor de até
quatro variáveis. Cada dispositivo HART pode ter até 256
variáveis.

32. PROTOCOLO HART
6 - MODOS DE COMUNICAÇÃO
Comunicação HART em Modo Burst, Suportada por Alguns Dispositivos

33. PROTOCOLO HART
6 - MODOS DE COMUNICAÇÃO
Quando usando uma topologia do tipo multidrop, a rede HART
suporta até 15 instrumentos de campo. Apenas o modo mestre
escravo pode ser utilizado.

34. PROTOCOLO HART
6 - MODOS DE COMUNICAÇÃO
A grande deficiência da topologia multidrop é que o tempo de
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.

35. PROTOCOLO HART
7 - CABOS
A distância máxima do sinal HART é de cerca de 3000 m
com cabo tipo par trançado blindado e de 1500 m com cabo
múltiplo com blindagem simples.
Em caso de aplicações de áreas classificadas, existem
barreiras de segurança intrínseca especiais que permitem o
tráfego do sinal HART.

36. PROTOCOLO HART
7 - CABOS
O protocolo HART utiliza o mesmo cabeamento para instrumentação de
campo convencional.

37. PROTOCOLO HART
8 - COMANDOS DO HART
Todo dispositivo HART deve aceitar um repertório mínimo de
comandos denominados comandos universais ou common
practice commands. Para cada dispositivo existirão comandos
particulares denominados device specific commands. Os
comandos universais asseguram a interoperabilidade entre os
dispositivos de campo.

38. PROTOCOLO HART
8 - COMANDOS DO HART
Todos os comandos específicos são opcionais, mas se
existentes devem ser implementados segundo a
especificação.

39. PROTOCOLO HART
9 - DEVICE DESCRIPTION LANGUAGE
Todo dispositivo HART é acompanhado de um device
description (DD) que descreve todos os parâmetros e funções
do dispositivo. O objetivo final é reunir todas as características
para que um host possa comunicar plenamente com o
dispositivo assegurando desta forma a total interoperabilidade
entre os dispositivos.

40. PROTOCOLO HART
10 - MULTIPLEXADORES
Os multiplexadores fazem parte de todo novo projeto envolvendo
redes HART. Os multiplexadores funcionam como um mestre
primário que realiza a leitura de todas as variáveis de processo e
informação de status de todos os transmissores periodicamente, de
forma independente do hospedeiro. O host por sua vez lê as
variáveis de processo do multiplexador. O host também pode
enviar comando e estabelecer uma conversação diretamente com
um dispositivo de campo. O multiplexador é essencial quando um
dos objetivos do projeto é o controle dos ativos de instrumentação
(Instrumentation Asset Management). Em sistemas antigos onde
se deseja implantar esta aplicação, multiplexadores podem ser
colocados em paralelo com as ligações convencionais para
proporcionar a função de diagnóstico contínuo dos instrumentos.

41. PROTOCOLO HART
10 - MULTIPLEXADORES
Multiplexador da Emerson utilizado para buscar dados para SW
de Gerenciamento de Ativos AMS

42. PROTOCOLO HART
10 - MULTIPLEXADORES

43. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS

44. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS

45. PROTOCOLO HART
11- WIRELESS

46. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS – Elementos de Rede
Gerenciador da Rede
Ponto de Acesso a Rede
Gateway
Instrumento
Interface com Fio
Instrumento Instrumento
DCS / PLC

47. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS - Topologia
Vantagens: Baixa Energia de Consumo e
Scan Rápido
Desvantagens: Sem Redundância e
pequenas distâncias
Vantagens: Permite Redundância e
Distâncias Maiores
Desvantagens: Alta Energia de Consumo e
Scan Lento
MESHSTAR

48. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS - Topologia

49. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS - Topologia

50. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS - Topologia

51. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS - Topologia

52. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS – Consumo de Energia
PressurePressure
TemperatureTemperature
Scan
1 sec.
5 sec.
10 sec.
1 sec.
10 sec.
30 sec.
6 months
2 years
4 years
1 year
6 years
10 years
Conditions at 23 deg.C/73 deg.F
60 sec. 10 years
5 sec. 4 years
Scan

53. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS – Scan X No
. Instrumentos
Scan
Number of
devices
5 sec> Max. 50
4 sec Max. 40
3 sec Max. 30
2 sec Max. 20
1 sec Max. 10

54. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS – Classes de Aplicações
ISA100
WiHART
Safety Class0 Emergencyaction
Class1 Closedloopregulatorycontrol
Class2 Closedloopsupervisorycontrol
Class3 Openloopcontrol
Class4 Alarm/Warningnotificaiton
Class5 Datalogging
Monitoring
Control

55. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS – Possíveis Aplicações
RS 485/Ethernet RS 485/Ethernet

56. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS – Monitoração de Temperatura
RedeProfibus,Modbus
Temperature transmitters

57. PROTOCOLO HART
11 - WIRELESS – Monitoração de Nível

58. PROTOCOLO HART
11 – WIRELESS - EQUIPAMENTOS

59. PROTOCOLO HART
11 – WIRELESS - EQUIPAMENTOS

60. PROTOCOLO HART
11 – WIRELESS - EQUIPAMENTOS

61. PROTOCOLO HART
11 – WIRELESS - EQUIPAMENTOS

62. PROTOCOLO HART
11 – WIRELESS - EQUIPAMENTOS

63. PROTOCOLO HART
11 – WIRELESS - EQUIPAMENTOS

64. PROTOCOLO HART
MAIORES INFORMAÇÕES
http://www.hartcomm.org

65. 12 - TECNOLOGIA FDT-DTM
FDT = Field Device Tools
DTM = Device Tool Manager

66. 12 - TECNOLOGIA FDT-DTM

67. 12 - TECNOLOGIA FDT-DTM

68. 12 - TECNOLOGIA FDT-DTM

69. 12 - TECNOLOGIA FDT-DTM

70. 12 - TECNOLOGIA FDT-DTM

71. 12 - TECNOLOGIA FDT-DTM

72. PROTOCOLO HART
A SEGUIR DEMONSTRAÇÃO PRÁTICA

73. SOFTWARE PACTWARE
TECNOLOGIA FDT-DTM

74. MODEM USB - HART

75. TRANSMISSOR - HART

76. MODEM USB - HART

77. MODEM USB - HART

78. MODEM USB - HART

79. RESISTOR DE 250 OHMS

80. CALIBRADOR

81. CALIBRADOR