Sviluppata a metà degli anni ’80 dall’azienda Rosemount, Hart (Highway Addressable Remote Transducer) è una tecnologia intelligente che supporta la trasmissione simultanea di segnali analogici e digitali sulla stessa coppia di fili.
Forte di una grande base installata in tutto il mondo e diffusissimo nella strumentazione di processo, Hart è un protocollo progettato per essere compatibile con i tradizionali canali analogici da 4 a 20 mA, sui quali aggiunge dei pacchetti digitali da 8 bit. La struttura di Hart permette di supportare una comunicazione digitale a due vie tra lo strumento di misura e i dispositivi di controllo. Le applicazioni che sfruttano questa tecnologia permettono l’interrogazione a distanza delle variabili di processo, l’accesso ciclico ai dati, la calibrazione, l’accesso ai parametri operativi e la diagnosi della strumentazione. I dispositivi con comunicazione di tipo Hart sovrappongono al segnale analogico un segnale elettrico con il quale possono essere, a seconda del costruttore e del sistema d’interfaccia, monitorati e programmati.
Il protocollo Hart, pur definito aperto, non permette una completa comunicazione di tutti i parametri a disposizione con qualsiasi strumento, ma necessita la presenza dei driver per il dispositivo in questione. Con riferimento al modello ISO/OSI (Open Systems Interconnection), a livello fisico Hart si basa sullo standard Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying), con modulazione di corrente di 0,4 mA sovraimposta al segnale analogico 4-20 mA. A livello di data link, il master trasmette un comando Hart allo slave, che esegue l’azione richiesta per poi rispondere al master. A livello di applicazione, lo scambio di informazioni e il set di comandi tra un Master Hart e uno Slave Hart avviene tramite i cosiddetti Hart Commands.
Benefici e applicazioni
Hart è uno standard di comunicazione sicuro, robusto e affidabile. Attraverso una semplice configurazione, è possibile ottenere e raccogliere una vasta gamma di nuovi dati di processo così da aumentare le capacità diagnostiche remote dell’impianto e di monitoraggio del singolo dispositivo, unitamente all’affidabilità del segnale e all’assenza di interferenze.
Non in tutti i casi i tradizionali dispositivi Hart sfruttano totalmente le loro potenzialità, ma in quelli di nuova generazione (intelligenti e multivariabili) l’accesso ai dati è più facile. Inoltre consentono un sensibile miglioramento delle funzionalità di “Asset Management” & “Monitoring” del sistema, oltre a supportare una comunicazione efficiente con dispositivi remoti o inaccessibili. Ciò permette di semplificare le operazioni da remoto di configurazione, messa in servizio e integrazione (nei sistemi di controllo) dei dispositivi abbattendo i tempi di commissioning e set-up.
Per integrare le misure fornite dai dispositivi Hart in un sistema di controllo è possibile implementare una connessione punto-a-punto del segnale 4-20 mA o una connessione tramite moduli I/O remoti o multiplexer Hart. In rare occasioni si può fare ricorso a una connessione di un multidrop Hart a un sistema I/O Hart. Il maggiore limite del protocollo è la bassa velocità di aggiornamento, pari circa a mezzo secondo per dispositivo.
L’integrazione delle informazioni
Il protocollo Hart rappresenta uno step intermedio nella transizione dalle comunicazioni analogiche a quelle digitali. Infatti, nella comunicazione Hart viene modulato un segnale in corrente alternata sovrapposto a un segnale in corrente continua
4-20 mA. Poiché il segnale di comunicazione è simmetrico e non influisce sulla portante 4-20 mA, i due segnali possono essere utilizzati simultaneamente. Sono così permesse operazioni di configurazione e diagnostica, mentre il dispositivo interessato funziona autonomamente nel loop di controllo.
Un’applicazione tipica è infatti la comunicazione tra un sensore analogico intelligente e una centralina di monitoraggio. Mentre il sensore trasmette costantemente la sua misura analogica, la centralina può leggere e modificare tramite Hart le impostazioni locali del sensore, ad esempio il campo di misura, sovrapponendosi al segnale 4-20 mA e senza interferire con esso. Questo permette di mantenere il tradizionale cablaggio analogico (punto a punto o multidrop), tuttora enormemente diffuso, comunicando al contempo informazioni avanzate.
La tecnologia FDT/DTM
Nello standard FDT/DTM (Field Device Tool / Device Type Manager), ampiamente usato nell’automazione di processo, viene consentita l’integrazione di dispositivi di fornitori diversi. Il frame FDT è un’applicazione host o stand-alone, che comunica con i driver dei dispositivi mediante una serie di interfacce standardizzate. Tutti i dati sono scambiati tramite queste interfacce, compresi quelli generati all’interno di un’applicazione di progettazione, di gestione dei DTM o di configurazione del dispositivo. L’applicazione frame è anche aperta alla tecnologia di comunicazione Hart e ai dispositivi che la supportano.
WirelessHART
Da segnalare infine la versione senza fili. Promosso da Hart Communication Foundation (HCF), nel 2007 ha visto la luce WirelessHART, un protocollo di comunicazione per reti wireless rivolto ad applicazioni di automazione di processo. Basato sullo standard IEEE 802.15.4 e ISA SP100 esso aggiunge funzionalità wireless al protocollo HART mantenendo la piena compatibilità con strumenti e comandi HART esistenti. Le reti WirelessHART rappresentano soluzioni efficienti e moderne per il monitoraggio delle vibrazioni, i sistemi HMI (Human Machine Interface), le funzioni di SMS Messaging, I/O remoto, le conversioni di protocollo LAN, le misurazioni di idrocarburi, gas, carbone polverizzato, flussi idrici, oltre a interessare sensori di posizione per la robotica.
Le soluzioni HART di G.M. International
L’offerta G.M. International è particolarmente aperta alla comunicazione Hart, a partire dal multiplexer 5700, un sistema di interfaccia Hart SIL 3 che abbatte il numero di moduli necessari all’applicazione, grazie alla gestione fino a 256 canali per scheda con velocità di comunicazione fino a 115.200 bps. Il protocollo Hart è pienamente supportato anche dalla Serie D9000 (scaricatori di sovratensione), dalle schede I/O di terminazione custom, dagli isolatori D5011, D5014, D5015, D1010, D1014, D1054S, D1020 e dagli isolatori D6011, D6014, D6015, D6020.
