Introducción

Sin lugar a dudas, el protocolo de comunicación HART es el más difundido en la industria, y con más de 30 millones de dispositivos instalados que utilizan este protocolo, muchos pueden considerarlo como un estándar “de-facto”.  Sin embargo, también es cierto que aunque existe una gran cantidad de dispositivos HART instalados en cada planta industrial, el uso del protocolo se limita habitualmente a algunos minutos durante la puesta en marcha o la prueba de lazo, y a rutinas periódicas de verificación o calibración.   De esta manera, el potencial que puede dar este protocolo “híbrido” (porque está superpuesto sobre la señal de 4-20mA del lazo) no está realmente aprovechado.

SMAR, una de las empresas líderes a nivel mundial en el desarrollo de dispositivos y sistemas para control de procesos, ha desarrollado el conversor HCC301, que permite “liberar” la potencialidad del protocolo HART en aplicaciones concretas que pueden implementarse en muchas plantas.

El HCC301 de SMAR es un conversor de HART a 4-20mA capaz de transformar el valor de una variable obtenida a través de la comunicación HART en una señal de corriente. Se presenta en un cerramiento de pequeñas dimensiones y puede instalarse fácilmente sobre un riel DIN, con borneras desmontables.

Características generales

El HCC301 se comunica con un dispositivo de campo HART (transmisor de presión, temperatura, densidad, caudalímetro, posicionador, etc.) y lo interroga para obtener el valor de la variable que se desea retransmitir como señal analógica. 

A partir del valor de repuesta del dispositivo de campo, el conversor D/A del HCC301 genera la señal de salida analógica de 4-20mA de acuerdo a la escala de conversión programada. 

Con el HCC301 será posible incluso generar una señal analógica diferente a la del transmisor, utilizando una escala independiente para la misma variable. 

Durante la comunicación, el HCC301 se comportará como el maestro primario del bus HART, pero esto no impide el uso simultáneo de un maestro secundario, como por ejemplo un configurador HART o un software de mantenimiento predictivo.

Desde el punto de vista del sistema de control, la salida del HCC301 funcionará como cualquier dispositivo de 4-20mA con conexión dos hilos.  En el caso en que se produzcan problemas de comunicación, la señal de salida pasará a la condición de falla indicada durante la programación (3,6mA o 21mA), siguiendo las recomendaciones de la normativa NAMUR NE-43.  El usuario tiene la posibilidad de configurar el número de reintentos que realizará el dispositivo antes de considerar errónea la comunicación y pasar al modo de falla especificado.

Aplicaciones

Debido a que utiliza comandos universales y de práctica común, el HCC301 puede comunicarse con todos los dispositivos de la línea 4-20mA+HART de SMAR (series 291, 301 y 400), y con cualquier otro dispositivo HART del mercado, de cualquier fabricante.

Se muestran a continuación y a modo de ejemplo algunas de las aplicaciones posibles del HCC301.

1) Realimentación de la posición de una válvula con un electro-posicionador inteligente:

Su uso no está limitado a transmisores de campo, ya que también puede comunicarse con posicionadores HART. 

Conectando el HCC301 al posicionador FY301 o FY400 de SMAR (o cualquier otro similar del mercado), podrá generarse una señal de 4-20mA proporcional a la posición de la válvula, como realimentación para el controlador del lazo o el sistema de control distribuido.

Ilustración 1- Realimentación de la posición aprovechando HART

Una ventaja adicional de esta solución es que dado que el HCC301 se instala dentro del panel del sistema de control en área segura, no es necesario instalar una barrera de seguridad intrínseca adicional para la señal de 4-20mA que corresponderá a la posición de la válvula de control.

Por el contrario, cuando no se aprovecha la comunicación HART, es necesario llevar un cable adicional desde el posicionador hasta el sistema de control, e instalar además una barrera de seguridad intrínseca para esta señal, resultando un costo de instalación mayor.

Ilustración 2– Realimentación de la posición sin usar HART

Una solución similar a la descripta puede implementarse con el HCC301 para realimentar al sistema de control la presión de aire de instrumentos que está recibiendo el posicionador, ya que actualmente muchos de estos dispositivos cuentan con sensores de presión incorporados en la entrada de aire y las salidas neumáticas hacia el actuador de la válvula.  Gracias a esto, el sistema podrá generar una alerta temprana al operador en caso de que la presión de suministro no sea suficiente para actuar la válvula de control.

2) Variable de proceso en una escala diferente:

En este caso por ejemplo, tenemos un transmisor de temperatura programado con un rango de 0-100ºC y conectado a la entrada de un controlador.  Por otro lado, un HCC301 comunicándose con el transmisor genera una salida de 4-20mA proporcional a una escala de 50-80ºC, conectado a un registrador en el que queremos tener más detalle sobre una parte del rango de medición. 

Ilustración 3- La misma medición con dos rangos diferentes

Una implementación similar puede utilizarse para que el sistema de control pueda leer el valor de la temperatura ambiente que está midiendo el transmisor instalado en campo (que el transmisor utiliza para realizar la compensación de junta fría cuando se conecta un sensor tipo termocupla).

3) Medición de temperatura de proceso sin instalación adicional con el transmisor de densidad y concentración; Smar - DT301:

Los usuarios del transmisor de densidad y concentración SMAR DT301 saben que este dispositivo incluye un sensor de temperatura que es utilizado para realizar los cálculos internos, y que dicho valor puede leerse en el display del equipo.  Dado que el DT301 cuenta con una sola de 4-20mA con comunicación HART, puede usarse el conversor HCC301 para generar otra señal de 4-20mA proporcional a la temperatura del proceso. 

De este modo, no será necesario colocar un transmisor de temperatura adicional en el proceso, ahorrando horas de trabajo y costos de instalación (termovaina y sensor de temperatura, cabezal, cables, terminaciones, cajas de paso, barreras de seguridad intrínseca, etc.).

Ilustración 4- Medición de temperatura sin sensor adicional

4) Variable adicional desde un transmisor o caudalímetro multivariable:

Muchos transmisores instalados para medir caudal con un elemento primario tienen la posibilidad de medir presión, presión diferencial y temperatura, ofreciendo como salida una señal de 4-20mA proporcional al caudal compensado. 

Por otro lado, también existen en el mercado caudalímetros vortex o turbinas de inserción multivariables que son capaces de medir además del caudal la presión y/o la temperatura del proceso.

Aquí, puede emplearse el HCC301 para retransmitir alguna de las variables secundarias (por ejemplo la presión estática o la temperatura) al sistema de control, como complemento de la señal de 4-20mA proporcional al caudal.  El ahorro que se consigue es muy importante ya que el co

Ilustración 5- Aprovechando la capacidad multi-variable de los dispositivos

5) Medición de nivel total e interfase en tanques y separadores:

En muchos tanques o separadores suelen instalarse transmisores de diferentes tecnologías que son capaces de medir el nivel total del líquido y la presencia de una interfase (por ejemplo: agua/petróleo). 

Dado que habitualmente estos radares de onda guiada o transmisores magnetoestrictivos sólo ofrecen una salida de 4-20mA para la indicación de nivel total, el HCC301 puede emplearse para generar una segunda salida de 4-20mA proporcional a la altura de la interfase entre los líquidos en la parte inferior.

Ilustración 6- Medición de nivel e interfase (o temperatura)

Algunos transmisores de nivel magnetoestrictivos tienen la posibilidad de incorporar un sensor de temperatura del líquido, por lo que la misma solución se puede implementar para medir el nivel total y la temperatura del proceso, sin necesidad de modificar el tanque para instalar una termovaina y un transmisor de temperatura adicional.

6) Variable de proceso en un lazo PID con transmisores SMAR:

Los transmisores de presión y temperatura de la línea 301 de SMAR incluyen una característica distintiva, y es la capacidad de llevar a cabo un lazo de control PID.  De esta forma, conectando el transmisor en serie con el posicionador de la válvula se puede implementar un lazo de control autónomo de forma económica y simple.

Con esta conexión, la corriente que circula por el lazo corresponde a la salida del lazo PID (la posición de la válvula), y entonces ya no es posible leer en la señal de 4-20mA el valor de la variable de proceso (la presión o la temperatura).

Ilustración 7- Leyendo la variable de proceso en un lazo PID autónomo

En este caso vuelve a aparecer el HCC301 como solución a este problema, ya que conectándolo en el lazo, interrogará al transmisor y generará un valor de 4-20mA proporcional a la variable medida.

Conclusiones

El conversor HCC301 de SMAR ofrece importantes beneficios para el funcionamiento de la planta, tanto desde el punto de vista operativo como económico:

• Ahorros: El costo de adquisición del conversor HCC301 es menor al de un transmisor de presión o temperatura, y por lo tanto se consiguen importantes ahorros en la implementación de la solución.  Además, debe tenerse en cuenta que la instalación del conversor se hace en el propio panel del sistema de control o PLC, requiriendo apenas unos centímetros de cable adicional, versus los cientos de metros que podrían ser necesarios para agregar un transmisor en campo.
• Operación:La instalación y puesta en marcha del conversor puede hacerse sin interrumpir el normal funcionamiento de la planta, ya que se está aprovechando información adicional de dispositivos ya instalados y funcionando.
• Confiabilidad:Con el mínimo costo del conversor HCC301 (comparado con los gastos de instalación de soluciones convencionales), se puede incrementar la confiabilidad de la planta agregando por ejemplo la realimentación de la posición de las válvulas de control o del suministro de aire al sistema.  De este modo, se podrán tomar medidas preventivas o programar el mantenimiento de una válvula que no está funcionando adecuadamente, evitando paradas de planta imprevistas.