Análise de comunicador HART e transmissor HART inteligente
O protocolo de comunicação HART é o protocolo mais comum entre os transmissores, foi desenvolvido na década de 80 pela Rosemount Corporation permitindo a comunicação em circuito de sinalização analógica de 4-20 mA através do mesmo loop corrente permitindo o transporte de sinais digitais. Com o avanço da tecnologia os transmissores de processo de que antes eram puramente analógios 4-20 mA pudessem ser equipados com microprocessadores e comunicar dados tanto na forma analógica quanto na digital.
O chamado padrão HART da Rosemount (“Highway- Addressable Remote Transducer“) usa sinais de frequência de áudio CA para representar os estados binários “1” e “0”, sobrepondo esses sinais CA nos mesmos dois fios do analógico CC 4-20 mA sinal.
Os transmissores de processo assim equipados foram chamados de “transmissores inteligentes” porque seus microprocessadores internos deram a eles recursos extras, como autodiagnóstico, faixa fácil de alterar e linearização avançada para maior precisão. O HART eventualmente se tornou um padrão “aberto” com muitos fabricantes produzindo dispositivos de campo compatíveis.
O diagrama esquemático a seguir mostra um transmissor eletrônico HART simplificado conectado a uma fonte de alimentação de loop CC, bem como um dispositivo “comunicador HART” permitindo que um técnico humano se comunique com o transmissor.
Os estados do transistor mostrados neste diagrama refletem o dispositivo mestre (“comunicador”) enviando dados enquanto o dispositivo escravo (transmissor inteligente) escuta:
Uma vez que este é um circuito de múltiplas fontes, com quatro fontes (uma fonte de corrente CA e uma fonte de corrente CC dentro do transmissor inteligente, uma fonte de tensão CA no comunicador HART e uma fonte de tensão CC fornecendo energia de loop), podemos aplicar o Teorema da Superposição para determinar o efeito combinado dessas fontes juntas em um circuito.
O Teorema da Superposição para determinar a tensão presente entre os terminais do indicador, supondo que o transmissor esteja emitindo um sinal analógico de 50% (12 mA) e o comunicador HART esteja emitindo um sinal de 400 mV CA a 2200 Hz no momento de nossa análise.
Solução:
Lembre-se de que o Teorema da Superposição funciona considerando uma fonte por vez, com todas as outras fontes “desabilitadas” e substituídas por suas respectivas impedâncias internas. Com quatro fontes, isso significa que devemos analisar o circuito quatro vezes (uma para cada fonte ativa) e, em seguida, sobrepor os resultados de todas as quatro análises.
Análise # 1: ( apenas fonte de alimentação de loop DC )
Aqui, vemos o que a fonte de alimentação do loop faz sozinha, com todas as fontes de corrente abertas (impedância interna infinita) e todas as outras fontes de tensão em curto (impedância interna zero). O resultado é um circuito aberto, sem nenhuma queda no resistor de 250 ohms .
Análise # 2: (apenas fonte do comunicador HART)
Aqui, vemos o que a fonte de tensão CA do comunicador HART faz por conta própria, com todas as fontes de corrente abertas (impedância interna infinita) e todas as outras fontes de tensão em curto (impedância interna zero).
O resultado é que a tensão CA do comunicador caiu inteiramente no resistor (e também nos terminais do transmissor inteligente, onde o microprocessador será capaz de lê-la). Estamos assumindo que a impedância do capacitor de acoplamento é desprezível.
Análise # 3: (apenas fonte analógica do transmissor )
Aqui, vemos o que a fonte de corrente DC do transmissor inteligente faz sozinha, com todas as outras fontes de corrente abertas (impedância interna infinita) e todas as fontes de tensão em curto (impedância interna zero).
O resultado é uma queda de 3 volts no resistor com base na Lei de Ohm (V = IR = 12 mA × 250 = 3 volts).
Análise # 4: (fonte HART do transmissor apenas)
Aqui, vemos o que a fonte de corrente CA do transmissor inteligente faz por conta própria, com todas as outras fontes de corrente abertas (impedância interna infinita) e todas as fontes de tensão em curto (impedância interna zero). O resultado não é nada, pois o MOSFET em série com esta fonte está desligado.
Sobrepondo todos esses resultados juntos, vemos que o indicador experimenta um sinal composto DC + AC de 3 volts DC e 400 mV AC a 2200 Hz.
Créditos: Tony R. Kuphaldt