O documento descreve o protocolo HART, introduzido em 1990 para permitir a comunicação digital bidirecional através de cabos analógicos 4-20mA entre dispositivos inteligentes e sistemas de controle. O protocolo HART suporta comunicação ponto-a-ponto, multidrop e wireless, possibilitando a leitura e configuração remota de instrumentos em plantas industriais.

1. Redes industriais
Protocolo Hart

2. PROTOCOLO
HART

3. PROTOCOLO HART
INTRODUÇÃO
O que são protocolos de comunicação?
Na comunicação de dados e na interligação
em rede, protocolo é um padrão que especifica
o formato de dados e as regras a serem
seguidas. Sem protocolos, uma rede não
funciona. Um protocolo determina como um
programa deve preparar os dados para serem
enviados para o estágio seguinte do processo
de comunicação.

4. Por exemplo: no processo de fabricação da
cerveja, enquanto um PLC controla o
envasamento do produto na garrafa, outro
dispositivo irá controlar a aplicação da
tampa na garrafa; para que cada etapa
seja executada com eficiência, estes
dispositivos precisam estabelecer uma
comunicação estável e contínua entre si.

5. • HART® (Highway Addressable Remote Transducer
- Via de Dados Endereçável por Transdutor Remoto) é um
protocolo de comunicação bidirecional, introduzido
em 1990. Utilizado em plantas industriais, no qual
controla de modo padronizado o envio e
recebimento de dados digitais através de cabos
analógicos, entre dispositivos inteligentes e
sistemas host (centralizado), é o protocolo mais
difundido no mundo.
PROTOCOLO HART
INTRODUÇÃO

6. PROTOCOLO HART
Características do HART
• •Comprovado na prática, projeto simples, fácil
operação e manutenção.
• • Compatível com a instrumentação analógica;
• • Sinal analógico e comunicação digital;
• • Opção de comunicação ponto-a-ponto ou
multidrop;
• • Flexível acesso de dados usando-se até dois
mestres;
• • Suporta equipamentos multivariáveis;
• • 500ms de tempo de resposta (com até duas
transações);
• • Totalmente aberto com vários fornecedores;

7. PROTOCOLO HART
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.

8. PROTOCOLO HART
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
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
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
O SINAL HART
O sinal Hart é modulado em FSK (Chave de deslocamento de
freqüência) 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. Sinal 4-20 mA: indica a PV (variável
principal) do equipamento.
Sinal Digital: comunicação via
comandos (status, configurações,
diagnósticos, etc).

13. Tipos de dispositivos
Hart
MODEM FSK
INTERFACE HART
HCC301
Conversor Hart para Corrente

14. PROTOCOLO HART
Programadores
Equipamentos de campo e handhelds
(programadores de mão) possuem um
modem FSK integrado, onde via port
serial ou USB de um PC ou laptop pode-
se conectar uma estação externamente

15. HI311
Interface Serial HART
A Interface Serial (RS232) HART HI321
permite a conexão física entre
instrumentos de campo que utilizam
protocolo HART e computadores padrão
IBM. Ela é compacta, em peça única e não
necessita alimentação externa

16. Dispositivos portáteis
(handheld)

17. PROTOCOLO HART
O Palm como Interface para a Configuração de Instrumentos

18. Exemplo de Ligação entre o Palm e o Instrumento
PROTOCOLO HART

19. PROTOCOLO HART
O HART®
é um protocolo do tipo mestre/escravo, o que
significa que um instrumento de campo (escravo) somente
“responde” quando “perguntado” por um mestre. Dois
mestres (primário e secundário) podem se comunicar com
um instrumento escravo em uma rede HART®
. Os mestres
secundários, como os terminais portáteis de configuração,
podem ser conectados normalmente em qualquer ponto da
rede e se comunicar com os instrumentos de campo sem
provocar distúrbios na comunicação com o mestre
primário. O mestre primário é tipicamente um SDCD
(Sistema Digital de Controle Distribuído), um CLP
(Controlador Lógico Programável), um controle central
baseado em computador ou um sistema de monitoração.

21. Protocolo Hart

22. PROTOCOLO HART
MODOS DE COMUNICAÇÃO
O Protocolo HART permite que dois
equipamentos Mestres acessem
informação de um mesmo equipamento
de campo (escravo)

23. Modo BURST
Para aumentar a taxa de transações alguns
equipamentos possuem o modo BURST, que é
opcional pela norma HART. Nesse modo, o mestre
configura o escravo ,que então envia ciclicamente
mensagens contendo as variáveis dinâmicas
selecionadas. Então, uma vez que cada mensagem
típica tem cerca de 25 bytes, é possível obter de 3
a 4 atualizações por segundo. Após cada
mensagem BURST, o equipamento aguarda um
breve intervalo de tempo para dar a chance do
mestre iniciar uma transação interrompendo o
modo BURST ou requisitando um outro comando
HART. Apenas um equipamento pode estar em
modo BURST no mesmo par de fios

26. Alguns equipamentos HART incluem controlador PID em
seus
algoritmos, implementando uma solução de controle com
boa relação custo-benefício

27. Protocolo Hart

28. Conexão HART ponto-a-ponto

29. Multiplexadores
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.

30. Conexão HART via multiplexador

31. PROTOCOLO HART
O SINAL HART
Split-range
• A condição de split-range (Intervalo de
divisão) é usada em uma situação especial
onde normalmente dois posicionadores de
válvulas recebem o mesmo sinal de controle,
por exemplo, um operando com corrente
nominal de 4 a 12 mA e o outro de 12 a 20
mA

32. Conexão HART via Split Range

33. Multidrop
• O modo multidrop permite que vários equipamentos
sejam conectados em um mesmo barramento,
ficando acessível a um único ponto de comunicação
pelo host. A versão 7 do protocolo permite até 64
equipamentos conectados em multidrop (endereços
0 a 63), enquanto as versões anteriores permitem
apenas 16 equipamentos (endereços 0 a 15).
PSI 301
MVI56-HART

34. Multidrop

36. PROTOCOLO HART
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 longas linhas e sujeitas a interferências, recomenda-
se o cabo com shield, sendo este aterrado em um único
ponto, preferencialmente no negativo da fonte de
alimentação.

37. PROTOCOLO HART
CABOS

38. PROTOCOLO HART
WIRELESS

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

40. • Com esta variedade de funcionalidades e aplicações,
o protocolo HART® oferece toda a flexibilidade
e autonomia de que o usuário necessita para
automatizar e otimizar processos, com facilidade
de manutenção, monitoração e diagnósticos de
variáveis que sejam importantes para o
correto funcionamento da planta.
PROTOCOLO HART
CONCLUSÃO