Señal de control 4-20 mA y HART

Existen diferentes protocolos de comunicación en la Industria, entre los cuales están el tradicional 4-20mA, HART, Fieldbus, Profibus. La comunicación HART es una de las mas utilizadas por utilizer dispositivos de bajo costo y por su confiabilidad.

Señal 4-20 mA

La señal 4-20 mA es uno de los estándares de comunicación con dispositivos de campo más utilizado en la industria, esto debido a la confiabilidad que ofrece, el bajo costo de los dispositivos en comparación con otros dispositivos que utilizan otros protocolos de comunicación y su fácil instalación.

¿Por qué se utiliza para control señales de corriente y no señales de tensión?

La respuesta es sencilla, a medida que aumenta la distancia del cable se generan caídas de tensión, mientras que la corriente se mantiene constante en todo el recorrido.

Que sucede cuando tengo una salida de control 4-20 mA pero el dispositivo de campo sólo recibe voltaje?

Actualmente no es común encontrase con este tipo de escenario donde el dispositivo funciona con señal de tensión, pero aquí les dejo un circuito sencillo que pueden utilizar para hacer la conversión de corriente a voltaje:

Circuito para conectar dispositivos controldos por voltaje a una fuente de corriente

Pero la señal 4-20 mA tiene una desventaja respecto a otros protocolos de comunicación de la industria, no proporciona el estado del dispositivo (diagnostico). Debido a esta limitante es que surge el protocolo de comunicación HART.

Señal HART

La señal HART combina la estabilidad de la señal 4 -20mA y el acceso a la configuración y diagnóstico del dispositivo de campo por medio de una señal digital que se superpone en la señal analógica. La señal digital que se superpone genera “0” o “1” dependiendo si la frequency es 2200Hz o 1100 Hz, tal como se muestra en la siguiente figura:

 

Composición de señal HART

 En los sistemas de control, por lo general la señal analógica se sigue utilizando para el control, por su confiabilidad, y la señal digital se utiliza para generar alertas del estado del dispositivo y para su configuración y calibración. No es recomendable utilizar la señal digital para control de válvulas, motores, bombas, etc. Cuando existen dispositivos multivariables, es recomendable configurar la señal que se utilizará para el control, como la señal primaria con comunicación analógica 4-20mA y las demás señales de monitoreo pueden ser recibidas digitalmente por medio del HART.

La configuración y calibración se realiza por medio de programas instalados en las estaciones de trabajo de la red de control que permiten comunicarse con los trasmisores o por medio de comunicadores portátiles que el especialista de instrumentación conecta directamente en el dispositivo.

Actualmente existe una gran gama de fabricantes de dispositivos HART, es por eso que para lograr comunicar los datos que vienen por HART de los dispositivos al sistema de control, independientemente del fabricante, se requiere de un driver conocido como el “device definition” que el fabricante debe de brindar. Si el sistema de control no posee el “device definition” aún puede comunicarse con el dispositivo, pero únicamente recibirá la señal analógica 4-20 mA y perderá el alcance antes mencionado de la comunicación HART. Esto igual mente aplica para los comunicadores de mano.

Igualmente, el sistema de control, que puede ser un PLC, un DCS, entre otros, debe tener tarjetas de entrada y salida para para dispositivos HART para poder decodificar la información digital.

Dentro de los diferentes dispositivos que utilizan la comunicación HART tenemos: transmisores de presión, flujo, nivel, temperatura, analizadores, válvulas de control, etc.