El protocolo de comunicación HART (Highway Addressable Remote Transducer) es un protocolo abierto híbrido analógico+digital para automatización industrial. Su ventaja más notable es que puede comunicarse a través de bucles de corriente de instrumentación analógica de 4-20 mA heredados, compartiendo el par de cables que utilizan los sistemas host solo analógicos. HART se utiliza ampliamente en sistemas de proceso e instrumentación que van desde pequeñas aplicaciones de automatización hasta aplicaciones industriales altamente sofisticadas.
HART es una aplicación de capa 7 en el modelo OSI . Las capas 3 a 6 no se utilizan. [1] Cuando se envía a través de 4 a 20 mA , utiliza un Bell 202 para la capa 1. Pero a menudo se convierte a RS485 o RS232.
Según Emerson, [2] debido a la enorme base de instalación de sistemas de 4-20 mA en todo el mundo, el protocolo HART es uno de los protocolos industriales más populares en la actualidad. El protocolo HART ha sido un buen protocolo de transición para los usuarios que deseaban utilizar las señales de 4-20 mA heredadas, pero querían implementar un protocolo "inteligente".
El protocolo fue desarrollado por Rosemount Inc. , basado en el estándar de comunicaciones Bell 202 a mediados de los años 1980 como un protocolo de comunicación digital propietario para sus instrumentos de campo inteligentes. Pronto evolucionó a HART y en 1986 se convirtió en un protocolo abierto . Desde entonces, las capacidades del protocolo se han mejorado mediante sucesivas revisiones de la especificación.
Hay dos modos operativos principales de los instrumentos HART: modo punto a punto (analógico/digital) y modo multipunto.
En el modo punto a punto, las señales digitales se superponen a la corriente de bucle de 4-20 mA . Tanto la corriente de 4-20 mA como la señal digital son protocolos de señalización válidos entre el controlador y el instrumento de medición o el elemento de control final.
La dirección de sondeo del instrumento se establece en "0". Solo se puede colocar un instrumento en cada par de señales de cable de instrumento. Una señal, generalmente especificada por el usuario, se especifica como la señal de 4-20 mA. Otras señales se envían digitalmente sobre la señal de 4-20 mA. Por ejemplo, la presión se puede enviar como 4-20 mA, lo que representa un rango de presiones, y la temperatura se puede enviar digitalmente a través de los mismos cables. En el modo punto a punto, la parte digital del protocolo HART se puede ver como una especie de interfaz de bucle de corriente digital .
En el modo multipunto, la corriente de bucle analógico se fija en 4 mA y es posible tener más de un instrumento en un bucle de señal.
Las revisiones HART 3 a 5 permitían que las direcciones de sondeo de los instrumentos estuvieran en el rango de 1 a 15. La revisión HART 6 permitía direcciones de 1 a 63; la revisión HART 7 permitía direcciones de 0 a 63. Cada instrumento debe tener una dirección única.
El paquete HART de solicitud tiene la siguiente estructura:
Actualmente, todos los dispositivos más nuevos implementan un preámbulo de cinco bytes, ya que cualquier valor mayor reduce la velocidad de comunicación. Sin embargo, los maestros son responsables de brindar compatibilidad con versiones anteriores. La comunicación del maestro con un dispositivo nuevo comienza con la longitud máxima del preámbulo (20 bytes) y luego se reduce una vez que se determina el tamaño del preámbulo para el dispositivo actual.
El preámbulo es: "ff" "ff" "ff" "ff" "ff" (5 veces ff)
Este byte contiene el número maestro y especifica que el paquete de comunicación está comenzando.
Especifica la dirección de destino tal como se implementó en uno de los esquemas HART. El esquema de direccionamiento original utilizaba solo cuatro bits para especificar la dirección del dispositivo, lo que limitaba la cantidad de dispositivos a 16, incluido el maestro.
El nuevo esquema utiliza 38 bits para especificar la dirección del dispositivo. Esta dirección se solicita al dispositivo mediante el comando 0 o el comando 11.
Se trata de un valor numérico de un byte que representa el comando que se debe ejecutar. El comando 0 y el comando 11 se utilizan para solicitar el número de dispositivo.
Especifica el número de bytes de datos de comunicación a seguir.
El campo de estado no está presente en el caso del maestro y tiene dos bytes en el caso del esclavo. El esclavo utiliza este campo para informar al maestro si completó la tarea y cuál es su estado de salud actual.
Los datos contenidos en este campo dependen del comando a ejecutar.
La suma de comprobación se compone de un XOR de todos los bytes comenzando desde el byte de inicio y terminando con el último byte del campo de datos, incluidos esos bytes.
A cada fabricante que participa en la convención HART se le asigna un número de identificación. Este número se comunica como parte del comando de identificación básica del dispositivo que se utiliza cuando se conecta por primera vez a un dispositivo.