Apresentação - HART vs. Foundation Fieldbus

vs.

Protocolos de comunicação

Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo

Objetivos

Conceituar HART e Foundation Fieldbus

Apresentar vantagens e desvantagens de suas aplicações


O que são HART e Foundation Fieldbus?

Protocolos de comunicação (aberto) bidirecionais, implantados para monitoração e controle de processos em automação industrial.


Conceitos Básicos de HART Protocolo mestre/escravo

Um instrumento inteligente do campo (escravo) transmitirá informações sempre que solicitado pelo mestre. E somente se solicitado.


Conceitos Básicos de HART

Principais Características

Utiliza a própria fiação analógica dos dispositivos;

Comunicação bidirecional entre sistemas de controle e dispositivos inteligentes de campo;

Transmite a “mensagem” digital pelo sinal analógico;

Não causa interferência no sinal analógico.



Características de Transmissão

Transmite um sinal digital sobreposto a um sinal analógico de 4 a 20 mA;

Utiliza o método de transmissão FSK.

Taxa de transmissão:1200 bps

Aproximadamente 2 atualizações por segundo



Transmissão por FSK / Bell 202

Método de Transmissão por Chaveamento de Frequencia (FSK) / Padrão Bell 202;

Sinal senoidal de 1mA pico-a-pico com frequências de 1200 Hz (1) e 2400 Hz (0) transmitido dentro do sinal de 4 a 20 mA.



Transmissão por FSK / Bell 202

Sinal digital sobreposto no sinal analógico de 4 a 20 mA.



Configurações

Prevê até 2 mestres (primário e secundário)

Mestre secundário apenas para monitoramento

Tipos de configurações: › Ponto a ponto› Multiponto ou Burst



Configuração Ponto a Ponto

Mestre ligado individualmente a um escravo



Configuração Multiponto

Mestre(s) e escravos conectados a um hub.

Um único dispositivo escravo pode transmitir uma mensagem de resposta HART padrão adiante.



Especificações – Modelo OSI

Implementa as camadas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 do modelo OSI

Camada Física (Camada 1): Padrão Bell 202, transmissão por chaveamento de frequencia (FSK);

Camada de Enlace de Dados (Camada 2): Protocolo mestre escravo, prevendo até 15 escravos para um mestre.




Camada de Rede (Camada 3): Gerencia as sessões de cominucação entre os dispostivos (roteamento, segurança e serviços)

Camada de Transporte (Camada 4): garante o sucesso da transmissão da informação de um dispositivo para outro;

Camada de Aplicação (Camada 7): Define os comandos, respostas, tipos de dados e relatórios de status do Protocolo;



Especificações – Modelo OSI Os comandos da Camada de Aplicação são divididos em 4

grupos:› Comandos Universais: Funções p/ todos os dispositivos

de campo;

› Comandos Comuns: Funções comuns p/ muitos dispositivos de campo, com algumas exceções;

› Comandos de dispositivos específicos: Funções exclusivas a um determinado dispositivo de campo, as quais são especificadas pelo fabricante do dispositivo;

› Comandos de dispositivos familiares: Funções padronizadas para instrumentos de medições de mesma categoria / famílias, comandos genéricos


Conceitos Básicos de Foundation Fieldbus

É uma rede local (LAN) para automação e instrumentação

Comunicação totalmente digital

Bidirecional e em série

Interconecta equipamentos Fieldbus

Dividida em 2 protocolos complementares: Foundation H1 e Foundation HSE



Principais Características

Dividido em 2 protocolos complementares:

› Foundation H1 – Rede exclusiva de dispositivos fieldbus

› Foundation HSE – Protocolo capaz de interligar-se ao protocolo Ethernet

Programação por Blocos Funcionais



Foundation H1

Instrumentos do campo ou outros instrumentos podem efetuar o controle

Sistema totalmente digital (dispensa subsistemas de conversão)

Menos suscetível a ruídos que sistemas 4 a 20 mA

Incluso no padrão internacional IEC

Menor velocidade que a HSE


Conceitos Básicos do Foundation H1


Sinal de digital de10mA, para uma carga equivalente a 50 ohm;

Gera uma tensão de 1,0 V pico a pico, modulada acima da corrente DC da fonte;

Taxa de Transmissão: 31,25 Kbps;

As fontes de tensão DC podem variar de 9 a 32 V



Foundation HSE

High Speed Ethernet

Expande o acesso às redes Foundation Fieldbus H1

Teia de controle para dispositivos Fieldbus

Promove a integração dos subsistemas de controle

Suporta lógicas complexas (CLP’s)

Incluso no padrão internacional IEC


Conceitos Básicos do Foundation HSE


Interligado à rede Ethernet

Taxa de Transmissão: 100 Mbps;

Promove integração entre redes Fieldbus H1 com outros dispositivos do processo


Conceitos Básicos do Foundation Fieldbus

Foundation H1 + Foundation HSE

Integração de Sistemas (HSE) Interoperabilidade de dispositivos Fieldbus (H1)


Conceitos Básicos do Foundation Fieldbus

Blocos Funcionais

Definido na camada de usuário como FBAP (Blocos Funcionais para Aplicação no Processo)

Utilizada para desenvolvimento da lógica de controle

Dividido em:› Blocos de Recursos› Blocos de Funções› Blocos de Transdutores› Bloco de Função Flexível




Implementa as camadas 1, 2, e 7 do modelo OSI

Camada Física (Camada 1): Recebe as mensagens codificadas e converte em sinais físicos ;

Camada de Comunicação “Pilha”: Equivalente à Camada 2 e à Camada 7



Especificações – Modelo OSI Camada de Enlace de dados (Camada 2):

Controla a transmissão de mensagens para o fieldbus através da Camada 1

› Também gerencia o acesso ao fieldbus através de um link serial programador LAS (Link Active Scheduler)

› LAS – Programa transmissões de mensagens determinísticas e autoriza troca de dados entre dispositivos

Camada 7 – Camada de Aplicação: Codifica e decodifica comandos da camada de usuário

vs.

Comparação


Benefício

sH

AR

TFou

nd

atio

n

Fie

ldb

us

Protocolo Aberto; Capacidade Digital; Capacidade Analógica; Interoperabilidade; Disponibilidade.

Protocolo Aberto; Interoperabilidade; Dados mais completos do Processo; Vista expandida do Processo; Melhor Segurança da planta; Manutenção proativa; Redução de custos de fiação e de

manutenção;


HART vs. Foundation Fieldbus

Presente em mais de 30 milhões de instalações;

Antecessor do Foundation Fieldbus;

Transmissão Simultânea de sinais analógicos e digitais;

Presente em 80%¨das novas instalações, em mais de 25 países;

Mais recente e moderno;

Sinais puramente digitais;



Parametrização e diagnósticos de dispostivos;

medições, parâmetros de processo, configuração do instrumento, calibração e informações de diagnóstico

Parametrização e diagnósticos de dispositivos e de variáveis do processo

Possui linguagem de programação;

Permite construção de estratégias de controle;



Taxa de comunicação de 1200 bps

Prevê até 15 dispositivos

Exige um par de fios para cada dispositivo do campo;

Disponibilidade de energia› Energia p/ alimentar

até 32 dispositivos (único par de fios)

Taxa de transmissão:› FF H1- 31.250 bps› FF HSE – 100 Mbps (Ethernet)



Só consegue fornecer diagnóstico de UM dispositivo por vez;

Interface física complexa p/ controles mais completos

Diagnósticos Avançado;

Não requer alimentação individual de dispositivos;



Suporta até 2 mestres (primário e secundário)

HART não possui controle sobre o campo e aplicações avançadas;

Suporta controle PID

Estratégias de controle através dos Blocos de Função› Redução de

complexidade e custos› Confiabilidade e

escalabilidade› Flexibilidade e

disponibilidade



Conclusões:

• O Fieldbus é uma tecnologia necessária para aplicações futuras já o HART está se tornando uma tecnologia um pouco ultrapassada;

• Por ser mais moderno, o Protocolo Foundation Fieldbus possui consideráveis vantagens sobre o Protocolo HART;

• Os recentes desenvolvimentos no Protocolo HART podem diminuir o “gap tecnológico” com o tempo;

• Ambos possuem o benefício de serem protocolos abertos e com a característica de interoperabilidade.


Referências Bibliográficas

CAROZZO, Giuseppe. Artigo Técnico – HART vs. Foundation Fieldbus – FATEC SBC;

HELSON, Ron. Os benefícios do Protocolo HART em Sistemas de Instrumentação Inteligentes. [URL: http://www.smar.com/brasil/hart.asp]

SOUZA, Flávio. Personal Website. [URL: http://www.flaviosouza.org/fielbusfoundation.html]

HART Communication Foundation. Website [URL: http://hartcomm.org/index.html]

Fieldbus Foundation. Website [URL: http://fieldbus.org/index.html]

SMAR equipamentos Industriais. Website [URL: http://www.smar.com/brasil/fieldbus.asp]

http://www.smar.com/brasil/hart.asp

http://www.flaviosouza.org/fielbusfoundation.html

http://hartcomm.org/index.html

http://fieldbus.org/index.html

http://www.smar.com/brasil/fieldbus.asp

Apresentação - HART vs. Foundation Fieldbus

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