INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“TECNOLOGÍA INALÁMBRICA‐WIRELESS APLICADA EN LA AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES”
MEMORIA DE EXPERIENCIA PROFESIONAL
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE : INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA.
P R E S E N T A: ELOY MANUEL LOPEZ RUBIO
CIUDAD DE MÉXICO 2016
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Índice Resumen Introducción Capitulo I. Antecedentes de la Empresa 1.1 Emerson Process Management 1.2 Historia en breve 1.3 Visión, Misión y Valores 1.4 Staff Directivo 1.5 Organigrama del Área ( México y Latino América) 1.6 Presencia Global 1.7 Marcas Representadas 1.8 Mercados a los cuales sirve. 1.9 Presencia en México. 1.10 Capacidades en México Capitulo II. Comunicación HART 2.1 Introducción. 2.2 Plataforma de Comunicación HART. 2.3 Qué es y cómo funciona el protocolo de comunicación HART. 2.4 Especificación HART. 2.5 Integración de Datos HART.
Capitulo III .Tecnología Inalámbrica (Wireless) 3.1 Introducción 3.2 Plataforma de Comunicación Wireless Hart. 3.3 Wireless Hart Cómo funciona? 3.4 Los Componentes de la Tecnología Wireless Hart 3.5 Especificación Wireless Hart. 3.6 Perspectiva General de Wireless Hart. 3.7 Simple, Confiable y Segura. 3.8 Planificación de un proyecto Wireless Hart. 3.9 Mejores Prácticas. 3.10 Monitoreo Inalámbrico de variables de proceso Industrial 3.11 Portafolio de productos y variables relevantes para monitoreo Inalámbrico Conclusiones Bibliografía
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Resumen
El principal propósito de este informe es evidenciar la experiencia profesional que se ha obtenido en el transcurso de 13 años de experiencia de laborar en Emerson Process Management S.A. de C.V. en México e Internacionalmente en países de Asia, Medio Oriente y Europa al implementar el desarrollo, comercialización, planeación y ejecución de proyectos de Automatización Industrial en donde he participado activamente para impulsar la iniciativa global de automatización mediante el uso e implementación de la tecnología Inalámbrica Wireless. Así mismo se pretende informar sobre los más recientes avances y desarrollos tecnológicos en automatización industrial y como la tecnología inalámbrica por protocolo Wireless HART apoya brindando nuevos y mejores esquemas de optimización e incremento de eficiencia operativa en los diferentes procesos industriales del sector Oil &Gas, Refinación, Químico, Automotriz, Farmacéutico, Bebidas y Alimentos a nivel mundial. Los proyectos desarrollados cuentan con dos características distintivas: 1.‐ Enfoque prospectivo, donde se genera unan visión real de la industrial y futura en donde se identifican factores críticos para el logro de desarrollos que aporten valor a la industrial (clientes). 2.‐ Análisis de la tecnología, donde se identifican y seleccionan los factores tecnológicos que permitan la creación de nuevos desarrollos y áreas de oportunidad en cualquier tipo de industria, donde converjan la tecnología y el cuidado al medio ambiente.
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Introducción
La comunicación industrial inalámbrica brinda nuevos recursos para soluciones de automatización industrial altamente flexible y eficiente. Ya sea GSM /GPRS, IWLAN o Wireless HART, los productos de comunicación inalámbrica que Emerson Process Management utiliza son confiables, robustos y seguros para enfrentar condiciones adversas tanto en el interior como en el exterior. Buscando como objetivo primordial llevar a cabo el monitoreo de variables de proceso industriales tales como presión, nivel, temperatura, con un nivel alto de eficiencia, confiabilidad, rentabilidad y seguridad. Emerson pionero en el desarrollo del protocolo de comunicación Wireless HART siendo hoy por hoy el estándar más confiable, y seguro para el monitoreo de procesos y control. El protocolo de Comunicación HART ha servido durante décadas como el líder indiscutible en tecnología de comunicación de procesos industriales para instrumentos inteligentes desde 1989, Instrumentos capaces de tomar mediante el protocolo de comunicación la variable de proceso y entregar más que eso al operador, de forma tal que pueda tomar decisiones y acciones en beneficio de su proceso operativo. Hoy más de 30 millones de dispositivos HART se encuentran instalados y en servicio en todo el mundo. A pesar de haber millones dispositivos HART instalados alrededor del mundo, en la mayoría de los casos la información valiosa de proceso que pueden proveer se encuentra limitada en los dispositivos. Un estimado del 85% de todos los dispositivos HART no están siendo aprovechados para entregar información de diagnóstico, solo proveen la variable de proceso vía 4‐20 mA señal analógica. Esto sucede a menudo debido a costo y la dificultad de accesar a la información HART. La tecnología inalámbrica permite a los usuarios accesar a una vasta información ilimitada sin usar, aprovechando los dispositivos Smart HART 85% de los dispositivos HART. Así mismo provee un costo – efectivo, simple y confiable manera de desarrollar nuevos puntos de medición y control sin ningún costo por cableado. La tecnología Wireless HART es un desarrollo complementario al protocolo HART previendo una capacidad que puede beneficiar ambas tecnologías coexistiendo en nuevas aplicaciones de monitoreo y control. Cableado o inalámbrico. La tecnología Wireless HART provee de herramientas y flexibilidad que los usuarios necesitan para potencializar la eficiencia operativa de sus procesos. Así como brindar la capacidad de reaccionar de manera preventiva y no reactiva ante circunstancias impredecibles de proceso. Dotando de una extraordinaria capacidad de análisis e información en tiempo real a los usuarios lo cual deriva en mayor disponibilidad y eficiencia operativa de los procesos industriales críticos.
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Capitulo I.‐ Antecedentes de la Empresa 1.1.‐ Emerson Process Management
Corporación Multinacional con sede en San Louis Missouri Estados Unidos, establecida en 1890 como una fundación de Emerson Electric Manufacturing Co. De un veterano de guerra llamado John Wesley Emerson usando una patente de motores eléctricos adquirida por los hermanos escoceses Charles y Alexander Meston. En 1892 se convirtió en el primer vendedor de ventiladores eléctricos en Estados Unidos. Rápidamente se expandió su línea de productos Dos hermanos oriundos de Escocia incluyendo en su portafolio a máquinas de Charles y Alexander Meston, vieron una coser, taladros dentales eléctricos y oportunidad de negocio en el desarrollo herramientas eléctricas. de motores eléctricos, con el apoyo A más de 100 años de su fundación financiero de John Wesley Emerson. Emerson ha crecido de una planta de manufactura regional a convertirse en un proveedor de soluciones de tecnología Global.
Para 1982 Bajo el mandato del presidente Para 1987 el ventilador de techo fue Herber L. Parker, Emerson se hizo de una introducido al mercado con una alta reputación de alta calidad en sus aceptación por parte de los consumidores productos con ventas totales cerca de los ocupando prácticamente más de la mitad $60,000 usd. de los ingresos de su negocio.
Para 1919 al finalizar la primera guerra mundial las ventas anuales prácticamente llegaban a los $3 millones de dólares. En 1920 bajo el liderazgo de Thomas Meston, la compañía se expandió a una nueva fábrica en San Louis Missouri. Sin embargo para 1922 Herbert I Finch se convirtió en el presidente de la compañía al correr los años 20´s al finalizar esta década la compañía perdió casi dos terceras partes de ventas por causa de la Gran Depresión.
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1.2.‐ Historia en Breve
1892
La nueva compañía construye su negocio en torno a los motores de CA y fabrica los primeros ventiladores eléctricos que se venden en América del Norte. Bajo el nuevo presidente Herbert L. Parker, Emerson desarrolla una reputación de productos de calidad. Las ventas netas totalizan casi $ 60.000 usd.
1897
El ventilador de techo Emerson se introduce, por lo que los edificios altos habitables. Los ventiladores de techo pronto se convierten en la mitad del negocio de la compañía.
1899
Emerson presenta el diseño Parker lámina ondulada, aire que se mueve más eficiencia y menos ruido.
1903
Un gran avance de diseño actualiza Emerson Motors para una mayor utilidad ½ caballos de fuerza, que se utiliza para alimentar un sin número de tiempo y dispositivos de ahorro de esfuerzo, tales como lavadoras y máquinas de coser.
1904
En la Feria Mundial en St. Louis, Emerson muestra su línea de productos en el palacio deslumbrante de electricidad ya que la demanda nacional de electricidad sigue creciendo.
1919
Hacia el final de la Primera Guerra Mundial, las ventas anuales de Emerson se acercan a $ 3 millones de dólares.
1920
Bajo la dirección de Thomas Meston, la empresa se expande hacia una nueva, edificio de la fábrica de ocho pisos en San Luis.
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1922
Herbert I. Finch se convierte en presidente durante el "locos años veinte" de la prosperidad general. Pero hacia el final de su mandato, la empresa pierde casi dos tercios de las ventas por efectos de la Gran Depresión profundizan.
1933
Joseph Newman, de 35 años, es nombrado presidente y se dispone a estabilizar el balance de la empresa. Se mueve a la empresa a la producción en serie de motores y añade una variedad de líneas del ventilador para atraer a una amplia gama de consumidores.
1938
Con un estancamiento de las ventas del ventilador, Stuart Symington asume el cargo de presidente y gana un contrato para construir los soldadores de arco, abriendo así la puerta a las ventas en Sears.
1939
Emerson inicia la construcción de una nueva planta en San Louis para construir motores herméticos, pero la Segunda Guerra Mundial interviene y la planta se desplaza a la producción de casquillos de bala.
1940 Capacidades para trabajar el metal de Emerson son llamados por el Departamento del Ejército EE.UU. Ordenanza. Durante los próximos cinco años, la empresa produce más de 10 millones de casquillos de latón. Gran parte del crecimiento dramático de Emerson en la Segunda Guerra Mundial se produce tras los contratos del gobierno para construir torretas avión, incluyendo el "Modelo 127" montado en la nariz del bombardero B‐24.
1945
Oscar Schmitt es elegido presidente y conduce Emerson de vuelta a la producción comercial. A pesar de la introducción de la sierra de banco y más negocio de defensa, el retraso de ventas y Emerson se enfrenta a otro punto crítico de transición.
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1953
Tras la repentina muerte de Oscar Schmitt, William Snead asume la presidencia de Emerson, la gestión a largo plazo puede ser asegurada.
1954
W. R. Personas "Buck" es reclutado como presidente. Dirigido por el enfoque de la persona en la investigación y el desarrollo y la creación de mercados extranjeros, Emerson renace. Él retoma y descentraliza la base de fabricación de Emerson y comienza un proceso continuo de diversificación.
Durante los próximos 15 años, apunta a mercados de alto crecimiento y diversifica la cartera de negocios de la compañía, la adquisición de 36 empresas durante su gestión, incluyendo White‐Rodgers, Therm‐O‐Disc, EE.UU. Motores eléctricos, Ridge Tool, y InSinkErator.
Se comienza con un fuerte enfoque corporativo en la reducción de costes, mejora de la calidad y la planificación formal.
La compañía crece de 2 plantas, 4,000 empleados y $ 56 millones en 1954 a convertirse en una compañía global emergente con 82 plantas, 31.000 empleados y $ 800 millones en ventas en 1973.
1973
Charles F. (Chuck) Caballero logra Personas como CEO y se basa en la sólida base establecida por su predecesor. Knight define una nueva estrategia corporativa centrando en nuevos productos y desarrollo de la tecnología, adquisiciones y empresas conjuntas, y el crecimiento internacional.
Durante los próximos 20 años, Emerson continúa su expansión a través de adquisiciones de la piedra angular, como Rosemount (instrumentos de control de procesos) en 1976, Copeland (compresores para aire acondicionado y refrigeración) en 1986, Liebert (sistemas de energía y enfriamiento de precisión ininterrumpida) en 1987, y Fisher Controls (válvulas de control de procesos y reguladores) en 1992.
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1984
Bajo el liderazgo de Knight, Emerson desarrolla su estrategia productora de mayor costo para enfrentar el desafío de bajo costo. En la década de 1980, Emerson se mueve en el ámbito internacional, la inversión en el extranjero para satisfacer las necesidades de los clientes en mercados en expansión.
1989
El Centro de Tecnología de Motor Emerson se estableció para apoyar la ingeniería y la innovación en el diseño avanzado del motor. Fue el primero de varios centros tecnológicos avanzados de la compañía abre para apoyar el desarrollo de nuevos productos
1990
Knight supervisa una serie de adquisiciones por un total de $ 2.5 millones de dólares para fortalecer la posición de la compañía en el suministro de energía de reserva fiable para la industria de las telecomunicaciones en rápida expansión y la construcción de las infraestructuras para soportar las comunicaciones basadas en el protocolo Internet.
Cuando Charles F. Knight se retira como CEO en 2000, las ventas de Emerson durante su mandato se habían incrementado más de 16 veces, hasta más de $ 15 mil millones en 2000. La compañía también había alcanzado un número sin precedentes de 43 años consecutivos de crecimiento de las ganancias y los 44 años de crecimiento de dividendos consistentes.
2000
David Farr elegido CEO en 2000, sucediendo a Knight, que retiene el título de presidente.
La compañía acorta su nombre a "Emerson" y pone en marcha una nueva estrategia de marca con un nuevo logotipo corporativo para reflejar la tecnología de liderazgo y compromiso con la colaboración entre divisiones. Los mensajes de la empresa de ventas anuales de $ 15.5 mil millones.
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2001
Emerson hace dos jugadas claves en las de crecimiento rápido, los mercados asiáticos, la compra de Avansys, proveedor de energía de la red líder de China, y que forman Emerson Network Power India Private Ltd.
2002
Emerson lanza su primera campaña de publicidad de la empresa con el lema "Emerson Consider it Solved ".
2004
Farr nombrado presidente del consejo de administración de Emerson, al retiro de Chuck Knight.
Emerson adquiere fuera de la empresa y los sistemas de energía de plantas de Marconi. Emerson nombrado uno de los 100 mejores ciudadanos corporativos de la revista Business Ethics.
2005
Emerson ventas alcanzan los $ 17.1 mil millones con un aumento del 11 por ciento respecto al año anterior.
2006
Emerson transmite sus anuncios de televisión por primera vez para poner de relieve las capacidades globales de la compañía.
La empresa con sede en Alemania adquiere Knürr AG y con sede en Florida Artesyn Tecnologías de fortalecer aún más las capacidades de su negocio de energía a la red.
Empresa de ventas alcanzan los $ 20.1 mil millones, y los dividendos aumentaron por quinto año consecutivo.
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2007
Emerson fortalece las empresas de la energía eléctrica y sus soluciones de almacenamiento con la adquisición de, respectivamente, las comunicaciones integradas de Motorola negocio y Lionville Systems, líder en la fabricación de carros de punto de atención para los centros de salud de computación.
Las ventas superan $ 22 de millones de dólares para el año, un nuevo récord. Las ventas internacionales de Emerson en total el 52 por ciento, superando las ventas de Estados Unidos por primera vez en la historia de la compañía.
2008
Emerson adquiere Aperture, un proveedor líder de software de gestión de centros de datos, que se convierte en una marca en virtud de Emerson Network Power.
Emerson reportó 140.700 empleados en todo el mundo ese año.
2009
Emerson DeltaV ™ introduce Marshalling electrónico con tecnología de caracterización del módulo (CHARM) que reduce la complejidad de la conexión de sistemas de automatización con miles de temperatura, presión, nivel, caudal, y otros dispositivos de control y medición en una operación típica de proceso, acortando significativamente los programas del proyecto.
Emerson lanza el "nunca se ha hecho antes" campaña de publicidad, centrándose en ejemplos de soluciones únicas e innovadoras que Emerson ofrece a sus clientes.
2010
Cuenta con su propio a nuevo centro de datos globales de Emerson en St. Louis el cual gana dos reconocimientos de la industria para la responsabilidad ambiental: la certificación LEED® Oro del Consejo de Construcción Verde EE.UU. y una concesión de construcción Más allá de Green ™ de alto rendimiento de 2009 de los edificios sostenibles del Consejo de Industria.
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Emerson se abre el Centro de Innovación Emerson, Tecnología Fisher® en Marshalltown, Iowa (EE.UU.). Esta instalación lleva a cabo "pruebas de flujo" para cada diseño de la válvula de control Fisher que simula condiciones de la planta del mundo real, incluyendo las calificaciones sísmicas para válvulas utilizadas en las centrales nucleares.
Emerson refuerza su negocio de alimentación de red con dos grandes adquisiciones: Avocent Corporation, líder en el suministro de soluciones para aumentar la capacidad de gestión de centros de datos integrados de las empresas y cloruro, que proporciona sistemas de alimentación ininterrumpida comerciales e industriales y servicios.
2011
Emerson se consolida y hace su aparición en lista de las 500 mayores proveedores de software y servicios del mundo, la lista Information Week 500 de los usuarios más innovadores de la nación de la tecnología y los CIO 100 premios en reconocimiento a ejemplos de organizaciones que utilizan la tecnología de la información de maneras innovadoras de Software Magazine.
Las ventas de Emerson son hasta 15 por ciento en el año fiscal 2011 a un nivel entonces récord de $ 24.2 mil millones.
2012
Emerson presenta la plataforma Trellis ™, la gestión de la infraestructura primer centro de datos (DCIM) de hardware y software capaz de controlar una gama completa de equipos de centros de datos y recursos de TI desde una única consola Emerson Process Management alcanza los mil millones de horas totales de las operaciones inalámbricas a través de 10.000 sistemas con su tecnología inalámbrica inteligente.
2013
La tecnología de automatización de Emerson Process Management registra mil millones de horas de servicio en más de 300 sitios de los clientes.
InSinkErator negocio de Emerson, el mayor fabricante del mundo de trituradores de desperdicios de alimentos para el hogar y uso comercial, anuncia que ha producido 150 millones de trituradores desde su fundación 75 años atrás.
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Emerson adquiere válvulas y controles Virgo LTD de Pune, India, líder en la fabricación de válvulas de bola y sistemas de automatización, y Enardo LLC de Tulsa, Oklahoma (EE.UU.), un fabricante de tanque y el equipo de seguridad del terminal. Ambos son absorbidos en el negocio de Emerson Process Management. Emerson ventas alcanzan un máximo histórico de $ un 24,7 mil millones, uno por ciento más que el año anterior.
2014
Emerson abre el Centro de Innovación Emerson, Process Systems and Solutions, en Round Rock, Texas (EE.UU.) para impulsar la investigación y el desarrollo de sus tecnologías de control y automatización de procesos.
Emerson lanza Ingenieros en Liderazgo, una contratación basada en la competencia y el programa de rotación que permite a los graduados de las escuelas de nivel básico de ingeniería de Estados Unidos para trabajar en tres lugares de Emerson (dos nacionales y uno internacional) durante un período de dos años en una variedad de áreas funcionales que dan ellos una amplia exposición a la empresa.
Emerson introduce Sensi ™, su primer termostato de Wi‐Fi universal con una aplicación que proporciona los propietarios de viviendas con acceso remoto a su termostato desde teléfonos inteligentes, tabletas o PC.
Emerson asume la plena propiedad de Appleton Group (anteriormente una empresa conjunta llamada EGS Electrical Group), que se dobla en Emerson Industrial Automation.
Emerson completa su 58º año consecutivo de aumento de los dividendos en el año fiscal 2014.
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2015
Emerson celebra su 125 aniversario con el lanzamiento de "I Love STEM", una publicidad, marketing y campaña de medios sociales para fomentar un mayor interés en la ciencia, tecnología, ingeniería y educación matemática (STEM). ‐ Ver más en: http://www.emerson.com/en‐
Mucho del crecimiento exponencial en la segunda Guerra Mundial es derivado de la asignación de contratos para construir torretas de bélicas empleadas en las aeronaves del ejército americano incluyendo el Modelo 127 montado en la nariz de los Bombarderos B‐24. Al finalizar la segunda Guerra Mundial para 1945 Oscar Schmitt, es electo presidente y Durante la segunda guerra mundial, bajo el liderazgo de Stuart Symington. Emerson se convirtió el manufacturero más grande de armamento de aeroplanos. Emerson fue clasificado dentro de las 52 corporaciones en Estados Unidos en obtener la mayoría de contratos de producción militar. Symington se convirtió en el primer secretario de la fuerza Área de 1974 a 1950, posteriormente en un Senador democrático en Missouri de 1953 – 1976, y finalmente en un candidato a la presidencia de los Estados Unidos en 1960. En 1954 W.R. “Buck “ Persons fue nombrado presidente de la compañía, bajo su liderazgo Emerson diversifico su portafolio de negocios adquiriendo 36 compañías. Cuando se retiró en 1973 la compañía contaba ya con 82 plantas 31,000 empleados y $800 millones en ventas. Charles F. Knight sirvió como CEO de 1973 a 2000. Desde entonces David Farr ha servido como CEO. Compañía mundial diversificada de tecnología y manufactura que sirve a los mercados industrial, comercial y de consumo en todo el mundo. Página 14 | 119
Actualmente:
• Presencia de todos los Grupos de Emerson, Mas de US $310M en inversiones al país • 44 Operaciones de Manufactura, 410,000 m2 de manufactura, US $1.8B en exportaciones. • 20,7000 empleados, segunda fuerza maquiladora más grande del país. Generamos más de 100,000 empleos indirectos en Mexico. • Reconocida por su sobresaliente proceso de administración y record de resultados consistentes a largo plazo • Presencia de manufactura y/o ventas en más de 150 países. • 125 años de Operación en el mercado. Emerson es sin duda, la compañía líder a nivel mundial en el área de instrumentación control y automatización de procesos al utilizar tecnología y experiencia de aplicaciones que nos permiten desarrollar productos y soluciones que ofrecen el rendimiento y confiabilidad que sus clientes esperan. Está orientado al suministro de soluciones integrales que permiten optimizar la productividad de las plantas industriales a través de dispositivos inteligentes de campo (PlantWeb), de sistemas de administración de activos (AMS), paquetes de aplicación (Software), conocimiento, asesoría y experiencia en ingeniería.
Cultura y Diversidad
Nuestro Equipo Emerson se constituye de Expertos en Tecnología con visión de futuro, capaces de Crear Soluciones que respondan mejor a las necesidades de Nuestros Clientes. Estamos en las condiciones de anticipar las tendencias Globales y seguir ganando negocios como resultado de nuestro proceso extraordinario de Planificación y Gestión. El desarrollo profesional en Emerson no solo de sobreventa sirviendo a Nuestros Clientes, sino también sirviendo un nuestros colaboradores. Reconocemos y premiamos el talento y El Compromiso de Nuestros Colaboradores y les proporcionamos a nuestros miembros de nuestro equipo la oportunidad de Aprender de los Mejores Gerentes e Ingenieros en sus respectivas industrias. Emerson también pone un fuerte énfasis en el desarrollo profesional; Ofrece a Los Colaboradores una serie de opciones de desarrollo que les permitan contribuir rápidamente con los objetivos de la Empresa.
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Ética y Comunidad
Emerson se enorgullece de las personas quienes conforman nuestro de equipo. Desde nuestros funcionarios en la Alta Dirección hasta los trabajadores en La línea de producción, procuramos conducirnos de un modo que demuestre las Normas de Ética firmes ante Nuestros Clientes, Proveedores, o Gobernadores, el Público en general. También entre nosotros practicamos la Responsabilidad Social Empresarial. Emerson le da gran Importancia a la filantropía empresarial, el voluntariado de los Colaboradores y la gestión ambiental. Emerson cree que la inclusión de personajes brillantes, entusiastas y talentosas de diversos orígenes promueve el nacimiento de Nuevas Ideas y un nivel de energía apasionante. Como resultado, cuenta con el apoyo de Naciones Unidas Programa activo para reclutar y contratar mujeres y minorías en nuestros rangos gerenciales. Buscamos crear un ambiente en donde el empleado se sienta a gusto en términos de ascensos, transferencias o intercambios internacionales, compensaciones, beneficios, asesoramiento profesional, capacitaciones patrocinadas por la Empresa, asistencia en temas de estudio y programas sociales y recreativos. La Política de Empleo con igualdad de oportunidades de Emerson garantiza que no haya discriminación ni acoso contra ningún colaborador o solicitante por: motivos de raza, color, religión, sexo, orientación sexual, identidad de Género, edad, discapacidad, nacionalidad, situación militar o algún otro factor de ilegal por las leyes aplicables.
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1.3.‐ Visión, Misión y Valores
Visión
Ser la mejor opción en control y automatización no solo por la experiencia de nuestros productos y tecnología, también por la calidad de nuestros servicios y tiempo de respuesta. Misión
Representar a las unidades de negocio en las industrias que servimos, cumpliendo con las necesidades de nuestros clientes, empleados y accionistas. Misión y valores corporativos de Emerson se expresan en la promesa de la marca de la compañía para nuestros accionistas, clientes y empleados por igual:
Emerson es donde la tecnología y la ingeniería se unen para crear soluciones para el beneficio de nuestros clientes, impulsada sin compromiso por un mundo en acción.
Nuestra misión como empresa es crear valor a largo plazo para nuestros accionistas, clientes y empleados a través de un compromiso apasionado con la excelencia y un proceso de gestión disciplinada, que en conjunto impulsar la ventaja competitiva sostenida en un mercado global y dinámica. Logramos el éxito mediante el desarrollo de la tecnología líder en la industria, la inversión a nivel mundial, y la obtención de resultados para los clientes.
Valores
Nuestros valores están profundamente arraigados dentro de la empresa y reflejan nuestro carácter disciplinado internamente. Emerson está comprometida a ser una orientada a los resultados, la organización bien administrada, impulsado por la ingeniería, cuya gente tiene una pasión por el progreso y el compromiso con la excelencia. Constantemente nos esforzamos para ser mejores socios de nuestros clientes y para estar más conectados, más futuro y más centrada en el cliente, que nuestros competidores.
Proceso de gestión disciplinada de Emerson permite a la empresa centrarse en la creación de valor para los accionistas, anticipándose a los cambios del entorno económico y de la industria. Este proceso de gestión hace hincapié en la planificación a corto y largo plazo, el control disciplinado y prioridades claras. Nos aprovechamos de los recursos combinados y know‐how de nuestros negocios para el beneficio de nuestros clientes en todo el mundo.
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1.4.‐ Staff Directive Corporativo USA
David N. Farr Chairman and Chief Executive Officer Edward L. Monser President Edgar M. Purvis Jr. Chief Operating Officer Frank J. Dellaquila Executive Vice President and Chief Financial Officer Patrick J. Sly Executive Vice President Steven J. Pelch Senior Vice President ‐ Organization Planning and Development
Negocios
D. Scott Barbour Executive Vice President Mark J. Bulanda Executive Vice President James J. Lindemann Executive Vice President Robert T. Sharp Executive Vice President Steven A. Sonnenberg Executive Vice President
1.5.‐Organigrama del Área (México – Latino América)
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1.6.‐ Presencia Global
Asumir los desafíos más duros de la industria y entregando éxito predecible en cualquier momento, en cualquier lugar
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Organizado en 8 Unidades de Negocio en el Mundo
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1.7.‐ Marcas Representadas
1.8.‐ Mercados a los cuales sirve
Emerson Ofrece:
Tecnologías de energía confiables y de respaldo que operan y salvaguardan los sistemas de telefonía, las redes inalámbricas y la infraestructura que respalda los sistemas de TI empresariales e Internet. Tecnologías y productos que ayudan a optimizar los procesos de manufactura para la producción de alta calidad, segura y eficiente de farmacéuticos, alimentos y bebidas, petróleo y gas, y la producción de pulpa y papel. Tecnologías eficientes de energía y servicios y productos innovadores para los sistemas de calefacción y aire acondicionado, supervisión de la energía de instalaciones y artefactos. Una amplia gama de productos y sistemas de automatización industrial para la mejora de la productividad manufacturera. Sistemas de organización y almacenamiento para el hogar y el lugar de trabajo. Herramientas confiables y resistentes para contratistas profesionales y aficionados. Servicios técnicos, de consultoría y de gestión para una gama de industrias.
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Nuestros negocios
Emerson Process Management™ > Ayuda a las industrias de procesos a gestionar plantas de una mejor manera mediante software y sistemas de control inteligentes, instrumentos de medición, válvulas y experiencia en la industria. Emerson Industrial Automation™ > Sistemas de automatización de fluidos, equipos usados para la unión de materiales, transmisiones eléctricas y mecánicas, productos eléctricos industriales y tecnologías de generación de energía. Emerson Network Power™ > Sistemas de respaldo de energía, potencia integrada, refrigeración de precisión y tecnologías de conectividad para centros de datos, redes de telecomunicación y otras aplicaciones. Emerson Climate Technologies™ > Garantiza la comodidad, la eficiencia energética y la seguridad para consumidores y minoristas con soluciones para la calefacción, el aire acondicionado y la refrigeración. Emerson Commercial & Residential Solutions™ >Construcción duradera y herramientas de mantenimiento para profesionales y propietarios de viviendas, sistemas de organización y almacenamiento comerciales y en el hogar, trituradores de residuos de alimentos y otras soluciones de dispositivos.
Emerson es un Líder Tecnológico Global en Muchos Mercados a los que sirve.
#1 Válvulas de Control #1 Compresores #1 Alternadores #1 Trituradores & Reguladores #1 Control de Residuos #1 Dispositivos de #1 Herramientas Medición de Plomería #1 Dispositivos #1 Aspiradoras Inalámbricos Líquidas y en Seco Página#1 22 Carros | 119 de Cuidado Móvil
1.9‐Presencia de Emerson en México
Emerson Process Management Rep resentantes / Distribuidores a Nivel Nacional
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1.10 Capacidades en México
Soporte de Ingeniería y Aplicaciones • Emerson Process Management en México es capaz de apoyar a Contratistas de Ingeniería y Construcción y Usuarios Finales en: – Selección de Tecnología – Selección, Especificación y Cotización de Dispositivos de Campo.
• Soluciones completas como “Proveedor Principal de Automatización” (Main Automation Contractor “MAC”): Ingeniería, Procura y Construcción de proyectos de automatización.
• Soporte especifico con la participación de los centros de industria de Emerson:
• Generación ‐ Pittsburg • Hidrocarburos ‐ Calgary • Química y Refinación ‐ St. Louis & Austin • Biotecnología ‐ Austin • Pulpa y Papel ‐ Atlanta
Main Automation Contractor “MAC” Página 24 | 119
Service Projects: Emerson Value – PEpC Model
Eficiencia Óptima
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Emerson es líder a nivel mundial por el desarrollo de Proyectos Estratégicos de Alta Complejidad
Capacidades de Atención: En continua Mejora el servicio y Atención a Clientes
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Emerson brinda soporte a través de la vida útil de los procesos Industriales
Record Financiero
YEAR 2013 2014 2015 Sales $24.7 $24.5 $22.3 Billion Billion Billion Net earnings common $2.0 $2.1 $2.7 stockholders Billion Billion Billion Diluted earnings per share $2.76 $3.03 $3.99 Dividends per share $1.64 $1.72 $1.88 Return on total capital 16.4% 17.5% 22.8% Return on common 19.2% 20.7% 29.8% stockholders' equity
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Una pasión para el Progreso y la Integridad La aplicación de la mejor tecnología y mayor talento humano en beneficio de nuestros clientes y las pocas empresas del mundo puede competir con aumento constante de Emerson durante el último medio siglo para clasificar entre las empresas industriales más innovadores y exitosos, ampliamente conocido por nuestro proceso de gestión y sostenido desempeño financiero y la excelencia operativa. Lo que comenzó en 1890 como una única producción de motores eléctricos y ventiladores en St. Louis, Missouri planta, ha crecido hasta convertirse en un proveedor de tecnología y soluciones globales. Emerson más importante del mundo mantiene posiciones en el mercado mundial de primera importancia en cada negocio principal: Potencia de red, gestión de procesos, automatización industrial, tecnologías de clima y Comercial y Soluciones residenciales. Mientras conducimos nuestros logros con una multitud de procesos sofisticados, operaciones y habilidades, nuestro enfoque fundamental sigue esta simple proposición: Emerson combina la mejor tecnología y mayor talento humano del mundo para crear soluciones para el beneficio de nuestros clientes y el mundo. Tenemos éxito mediante la aplicación de este principio cuidadosamente para ayudar a nuestros clientes a crecer, para mejorar la calidad de vida y para cumplir con importantes retos empresariales y sociales. Él éxito a largo plazo de Emerson depende en última instancia de la capacidad de nuestro equipo de gestión para mantener nuestra convicción y continuamente remodelar nuestro enfoque en un mundo dinámico. Nuestros valores de gestión y las creencias comienzan con integridad: Insistimos en la integridad en todo lo que hacemos. Además, nuestro enfoque en las prácticas y decisiones de negocio sostenibles guía nuestro enfoque de gestión y con la gestión social. Creemos firmemente que estos principios apoyan directamente a nuestra principal obligación de gestionar en beneficio de nuestros grupos de interés. Día a día, esto significa invertir en las personas, el cultivo de líderes, centrándose en la innovación para nuestros clientes, la creación de empleos y el desarrollo económico, la entrega de soluciones que mejoren el nivel de vida, y la asistencia a los esfuerzos que sustentan un crecimiento y desarrollo sano y seguro queda mucho para todos nosotros para llevar a cabo, tomamos gran orgullo en las contribuciones de Emerson y en las habilidades y el impulso que traemos a cuestiones críticas en el marco de gestión mundo. El Emerson de hoy se basa en varios principios fundamentales: Insistiendo en el comportamiento ético más alto Nuestras políticas y prácticas dirigir nuestros empleados para realizar negocios legalmente y éticamente los lugares donde operamos. Nos adherimos a la firma, estándares inflexibles para el liderazgo de Emerson y empleados con respecto a las interacciones con los clientes, proveedores, agencias gubernamentales y el público. Aprende más. Invertir en nuestra organización donde la gente hace la diferencia guiada por los principios de integridad, el cumplimiento y la unidad para tener éxito, hacemos hincapié en el desarrollo de liderazgo y gestión de las operaciones de una manera que promueva la equidad, la fuerza organizativa y las comunicaciones con fuertes y el respeto de nuestros empleados. Página 28 | 119
Promoción de la Salud y Seguridad Emerson se esfuerza por ofrecer condiciones de trabajo seguras y saludables como la base para promover el bienestar de nuestros empleados en todo el mundo. Nuestra implicación y compromiso de avanzar en buenas prácticas de salud y seguridad en todas nuestras operaciones y en los entornos industriales y comerciales de nuestros clientes reflejan nuestros valores fundamentales. Fomentar una gestión ambiental Tomamos orgullo en el papel Emerson juega en ayudar a proteger el medio ambiente. Esto comienza con la promoción de un modo de pensar de la conciencia y la protección del medio ambiente en toda la organización y se extiende a la creación de tecnologías críticas para el avance de las mejoras ambientales que cumplen o exceden las regulaciones ambientales del gobierno. Nuestros productos y soluciones permiten a los clientes mejorar la eficiencia energética, así como el control y limitar los impactos ambientales adversos. El desarrollo y la gestión de una cadena de suministro global Responsable Emerson cree proveedores viables deben presentar enfoques sensibles y reflexivos a los derechos de sus empleados, el medio ambiente y el comportamiento ético. Como consecuencia de ello, abogamos relaciones sólo con los socios que cumplen con esta norma. Requerimos empleados de Emerson que manejan nuestra base de proveedores para investigar y sopesar estos factores al elegir proveedores. Además, solicitamos que sean diligentes en sus interacciones y reportan un comportamiento inaceptable de mantener una cadena de suministro sostenible. Contribuir a nuestras comunidades Emerson proporciona recursos financieros y otras en las que vivimos y trabajamos para apoyar a cientos de organizaciones comunitarias e instituciones educativas. Nuestra amplia inversión en operaciones de Emerson y de las instituciones educativas en las regiones en desarrollo proporciona una fuerza significativa en el crecimiento económico dentro de estas regiones importantes. Estos compromisos se extienden los beneficios de la prosperidad y enriquecen la vida de los ciudadanos mediante el fortalecimiento de las comunidades y regiones. Servicios
En Emerson Process Management, el servicio es la más alta prioridad, contando con grupos de ingenieros certificados de nuestras plantas en el extranjero y de organismos de certificación internacional como PMI de proyectos. En México se cuenta con una base de alrededor de 110 ingenieros para realizar las siguientes funciones:
Administración de Proyectos. Integración de Proyectos. Ingeniería a Sistemas de Control. Página 29 | 119
Centro de Servicio
Cuenta con 3 centros de servicio localizados en la Ciudad de México, Toluca Edo. De México y Ciudad del Carmen Campeche desde donde se pueden suministrar servicios a instrumentos y elementos finales de control (válvulas de control). Cuenta actualmente con contratos de mantenimiento preventivo y correctivo para instrumentos y sistemas de control. Cuenta su vez con un laboratorio de Calibración acreditado en la magnitud de flujo ante la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA).
Servicios Educativos
Ofrece capacitación Integral para el personal involucrado con tareas de Operación, Ingeniería y Mantenimiento en nuevas tecnologías, así como de sus productos. Los instructores de Emerson cuentan con experiencia en campo de los productos que manejan y están certificados por las divisiones para impartir los cursos a su cargo. La capacitación está avalada por la Secretaría de Trabajo y Previsión Social con número de registro STyPS EPM950113G60013.
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CAPITULO II.‐ Comunicación HART
2.1.‐ Introducción
Protocolos de Comunicaciones Industriales
Muchas veces escuchamos en la industria la palabra de protocolos de comunicación sin tener claro de que estamos hablando. Con el objeto de familiarizar el concepto, expondremos sus principales características y fundamentos de los más utilizados. En principio un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas que permiten la transferencia e intercambio de datos entre los distintos dispositivos que confirman una red. Estos han tenido un proceso de evolución gradual a medida que la tecnología electrónica ha avanzado y muy en especial en lo que se refiere a los microprocesadores.
Un importante número de empresas en nuestro país presentan la existencia de islas automatizadas (células de trabajo sin comunicación entre sí), siendo en estos casos las redes y los protocolos de comunicación industrial indispensables para realizar un enlace entre las distintas etapas que conforman el proceso.
La irrupción de los microprocesadores en la industria ha posibilitado su integración a redes de comunicación con importantes ventajas, entre las cuales figuran;
Mayor precisión derivada de la integración de tecnología digital en las mediciones Mayor y mejor disponibilidad de información de los dispositivos de campo Diagnóstico remoto de componentes
La integración de las mencionadas islas automatizadas suele hacerse dividendo las tareas entre grupos de procesadores jerárquicamente anidados. Esto da lugar a una estructura de redes de redes industriales, las cuales es posible agrupar en tres categorías:
Buses de Campo Redes LAN Redes LAN‐WAN
En esta oportunidad nos referimos a los protocolos de comunicación más usados en la industria.
Los buses de datos que permiten la integración de equipos para la medición y control de variables de proceso, reciben la denominación genérica de buses de campo.
Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción.
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El objetivo de un bus de campo es sustituir a las conexiones punto a punto entre lso elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional lazo de corriente de 4‐20mA o 0a10 VDC, según corresponda. Generalmente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie que conectan dispositivos de campo como PLC´s, transductores, actuadores, sensores y equipos de supervisión.
Varios grupos han intentado generar e imponer una norma que permita la integración de equipos de distintos proveedores. Sin embargo, hasta la fecha no existe un bus de campo universal.
Los buses de campo con mayor presencia en el área de control y automatización de proceso son:
HART Profibus Fieldbus Foundation
Vista general de HART
El protocolo HART (High Way‐ Addressable‐ Remote‐Transducer) (transductor remoto direccionable en red) agrupa la información digital sobre la señal analógica típica de 4‐20mA DC. La señal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los dígitos 1y 0 respectivamente y que en conjunto forman una onda sinusoidal que se superpone al lazo de corriente de 4‐20 mA. Ver fig. 1
Fig. 1 Señal de Transmisión con Protocolo Hart
Como la señal promedio de una onda sinusoidal es cero, no se añade ninguna componente DC a la señal analógica de 4‐20mA, lo que permite continuar utilizando la variación analógica para el control de proceso. Ver características en la tabla No.1.
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PROFIBUS
(Process Field Bus) Norma Internacional de bus de campo de alta velocidad para control de procesos normalizada en Europa por EN 50170.
Existen tres perfiles:
Profibus DP( Decentralized Periphery) Orientado a sensores /actuadores enlazados a procesadores PLC´s o terminales. Profibus PA (Process Automation). Para control de proceso, cumple normas especiales de seguridades para la industria química. Profibus FMS ( Fieldbus Message Specification) Para comunicación entre células de proceso o equipos de automatización. Ver Características en Tabla No.1.
FOUNDATION
Foundation Fieldbus (FF) es un protocolo de transmisión para sistemas de control y supervisión de procesos (SCADA) con control centralizado, puede comunicarse con una o varias Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad de obtener datos de campo para la supervisión y control de un proceso. Las interfaces de capa física puede estar configurada en: RS‐232, RS‐422, RS 485. Ver características en tabla No. 1
En modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión:
Modo RTU Modo ASCII
La mayoría de los dispositivos inteligentes de campo instalados alrededor del mundo son compatibles con HART. Pero algunos de los nuevos en el campo de la automatización pueden necesitar una actualización sobre esta poderosa tecnología.
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Tabla No.1 Comparación de características entre algunos buses y protocolos.
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En pocas palabras, el Protocolo HART (transductor remoto direccionable en red) es el estándar mundial para enviar y recibir información digital a través de cables analógicos entre dispositivos inteligentes y el sistema de control o de monitoreo.
Más específicamente, HART es un protocolo bidireccional de comunicación que suministra acceso de datos entre instrumentos inteligentes de campo y sistemas centrales. Un sistema central puede ser cualquier aplicación de software desde el dispositivo de mano o laptop del técnico hasta el control de procesos de una planta, gestor de activos, seguridad u otro sistema que use cualquier plataforma de control.
Una actualización digital para plantas existentes
La tecnología HART ofrece una solución confiable a largo plazo para operarios de planta que buscan los beneficios de dispositivos inteligentes con comunicación digital – que está incluida en la mayoría de los dispositivos en instalación. Sin embargo, en muchos casos, la mayoría de las aplicaciones no pueden actualizar sus sistemas de automatización existentes con un sistema que pueda aceptar los datos digitales suministrados por el Protocolo HART.
Debido a que hoy en día la mayoría de las redes de automatización en operación se basan en el cableado analógico tradicional de 4 a 20 mA, la tecnología HART desempeña un papel fundamental porque la información digital se comunicará al mismo tiempo con la señal de 4‐20 mA. Si ésta, no habría comunicación digital.
Una función digital crítica La Tecnología HART es fácil de usar y muy confiable cuando se usa para poner en servicio y calibrar dispositivos inteligentes así como para diagnóstico continúo en línea.
Hay varias razones para que una unidad central se comunique con los dispositivos inteligentes. Éstas incluyen:
Configuración o reconfiguración del dispositivo Diagnóstico del dispositivo Identificación y corrección de problemas del dispositivo Lectura de valores de medición adicionales suministrados por el dispositivo Estado de operación y bienestar del dispositivo
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Muchos años de éxito y la obtención de estos beneficios explica por qué la tecnología HART es el más grande de todos los protocolos de comunicación, instalado en más de 30 millones de dispositivos en todo el mundo.
Si usted ha usado una línea telefónica terrestre y observado la pantalla del identificador de llamadas para saber quién llama, ya conoce la mitad de lo que hace el Protocolo HART, identifica quién llama. En una red de automatización industrial "quién" es un dispositivo inteligente de campo basado en un microprocesador. Además de permitir que dichos dispositivos inteligentes de campo "llamen a casa", la comunicación HART permite al sistema central enviar datos al instrumento inteligente.
HART surgió a finales de la década de 1980 sobre la base de la misma tecnología que llevó a la identificación de llamadas de telefonía analógica. Ha experimentado un desarrollo continuo, hasta e incluyendo los productos de automatización ya a la venta con función de comunicación HART inalámbrica integrada.
2.2.‐ Plataforma de Comunicación HART
El Protocolo HART se desarrolló a finales de la década de 1980 y fue transferido a la Fundación HART a principios de la década de 1990. Desde entonces se ha actualizado varias veces. Cuando se actualiza el protocolo, se hace de manera que asegura la compatibilidad con versiones anteriores. La versión actual del Protocolo HART es la revisión 7.3. El "7" denota el nivel de revisión mayor y el "3" denota el nivel de revisión menor.
2.3.‐ Qué es y cómo funciona el protocolo de comunicación HART
“HART” es un acrónimo en inglés para Transductor Remoto Direccionable en Red. El Protocolo HART usa la norma Bell 202 Modulación por desplazamiento de frecuencia o MDF (FSK en inglés) para empalmar señales digitales de comunicación a bajo nivel sobre 4 a 20 mA.
Esto permite la comunicación bidireccional en campo y hace posible la transmisión de información adicional más allá de sólo las variables normales de proceso comunicadas de y hacia un instrumento inteligente de campo.
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El Protocolo HART se comunica a 1200 bps sin interrumpir la señal de 4 a 20 mA y permite a la aplicación central (maestra) obtener dos o más actualizaciones digitales por segundo de un dispositivo inteligente de campo.
Ya que la señal digital MDF es de fase continua no hay interferencia con la señal de 4 a 20 mA. La Tecnología HART es un protocolo maestro/servidor, lo cual significa que un dispositivo inteligente de campo (servidor) sólo habla cuando le habla un maestro.
El Protocolo HART se puede utilizar en diversos modos, como punto a punto o multipunto para transmitir información hacia y desde los instrumentos inteligentes de campo y el control central o los sistemas de monitoreo.
La comunicación HART se produce entre dos dispositivos habilitados con HART, típicamente un dispositivo de campo inteligente y un sistema de control o monitoreo. La comunicación se produce mediante un cable de instrumentación de calidad estándar y el uso de prácticas de cableado y terminación estándar.
El protocolo HART proporciona dos canales de comunicación simultáneos: la señal analógica de 4 a 20 mA y una señal digital. La señal de 4 a 20 mA comunica el valor primario medido (en el caso de un instrumento de campo) con el circuito de corriente 4 a 20 mA, el estándar más rápido y más fiable de la industria. Información adicional del dispositivo se comunica mediante una señal digital que se superpone a la señal analógica.
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La señal digital contiene la información del dispositivo incluyendo el estado del dispositivo, diagnóstico, valores medidos o calculados adicionales, etc.
Juntos, los dos canales de comunicación proporcionan una solución completa de comunicación de campo muy robusta a bajo costo que es fácil de usar y configurar.
Figura 2. Dos canales de comunicación
El Protocolo HART suministra hasta dos maestros (primario y secundario). Esto permite usar maestros secundarios como comunicadores de mano sin interferir con las comunicaciones desde y hasta el maestro primario, es decir, el sistema de control / monitoreo.
Figura 3. Maestros primarios y secundarios
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El protocolo HART permite toda la comunicación digital con los dispositivos de campo en configuración de red punto a punto o multipunto:
Figura 4. Configuración Punto a Punto
Configuración Multipunto
También hay una opción de modo de comunicación "ráfaga" donde un solo dispositivo servidor puede transmitir continuamente un mensaje de respuesta estándar HART.
Con este modo de comunicación ráfaga opcional son posibles mayores tasas de actualización y el uso normalmente se limita a la configuración punto a punto.
Figura 5. Configuración Multipunto
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Beneficios de usar la comunicación HART
Los ingenieros que operan en entornos de automatización análoga no necesitan mencionar las palabras "si sólo" como en "si sólo pudiera obtener la información del dispositivo sin tener que ir al sitio" o "si sólo pudiera cargar esta información de configuración de ese transmisor de presión a mi PC". Los usuarios alrededor del mundo que han obtenido los beneficios de comunicación HART saben que pueden tener visibilidad rápida y fácil a dispositivos en el campo al usar dispositivos de calibración, de prueba y computadoras portátiles equipadas con HART. De hecho, los diagnósticos, pruebas y configuración de dispositivos nunca han sido tan fáciles. Sin embargo, muchos aún no han obtenido los mayores beneficios de la tecnología HART que resultan de conexiones de tiempo completo con la gestión en tiempo real de activos y/o sistemas de control.
La tecnología HART le puede ayudar a:
Aprovechar las capacidades de un juego completo de datos de dispositivos inteligentes para mejoras operativas. Tener advertencia temprana de variaciones en el rendimiento de dispositivos, productos o procesos. Acelerar el tiempo de identificación y corrección de problemas entre el diagnóstico y la solución. Validar en forma continua la integridad de los circuitos y estrategias del sistema de control / automatización. Aumentar la productividad del equipo y disponibilidad del sistema.
Aumentar la disponibilidad de la planta
Integrar dispositivos y sistemas para detección de problemas previamente no detectables. Detectar en tiempo real problemas de conexión de dispositivos y/o procesos. Minimizar el impacto de desviaciones al tener advertencias nuevas y oportunas. Evitar el alto costo de paros o interrupción de procesos no programados.
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Reducir los costos de mantenimiento
Verificación rápida y validación de circuitos de control y configuración de dispositivos. Uso de diagnóstico remoto para reducir las pruebas de campo innecesarias. Captura de datos de tendencias de rendimiento para diagnóstico de mantenimiento predictivo. Reducción del inventario de refacciones y costos de administración de dispositivos. Activar la documentación automatizada para datos de cumplimiento. Facilitar la prueba de paros automáticos de seguridad. Elevar el nivel de integridad de seguridad (SIL) con diagnósticos avanzados. Tomar ventaja de dispositivos inteligentes multivariables para informes más precisos y completos.
Décadas de Adopción Global
El protocolo de comunicación Hart ha liderado la tecnología de comunicación en proceso industriales desde 1989. Hoy más de 30 millones de dispositivos HART se encuentran instalados y en funcionamiento a nivel mundial.
Mejorar el cumplimiento reglamentario
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Las características estándar de la tecnología Hart van desde la compatibilidad simple con las redes análogas de 4 a 20 mA existentes a una amplia selección de productos:
Compatibilidad con alambrado de 4 a 20 mA estándar Transmisión simultánea de datos digitales Simplicidad a través de interfaces por menús intuitivos Reducción de riesgo a través de un protocolo robusto y preciso Facilidad de implementación para máxima efectividad de costo "de entrada" Amplia selección de productos, con dispositivos compatibles y aplicaciones de software de la mayoría de los proveedores de automatización de procesos Independencia de plataforma para inter operatividad total en entornos multi proveedor
Soporte alrededor del mundo por los principales proveedores
La mayoría de los principales proveedores de instrumentación de procesos y sistemas de control del mundo, que abarcan a la mayoría de las soluciones de la industria, ofrecen soporte activo para la tecnología HART.
Hay más de 1300+ dispositivos registrados en 24 categorías de dispositivos manufacturados por más de 300+ miembros de la Fundación de Comunicación HART.
Tipos de dispositivos habilitados con HART
Categoría de dispositivo Núm. de dispositivos
Actuador 11
Analítico 267
Calibrador 8
Control 12
DCS 6
Densidad 12
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Servicios y herramientas para desarrollo 30
Flujo 228
Portátil de mano 13
Sistema E/S 46
Barrera IS 25
Aisladores (IS) 47
Nivel 217
Módem 30
Módem CI (tarjetas) 8
Monitor de circuito 4
Multiplexor / Pasarela 16
Posicionadores ‐ Válvula 77
Transmisores de presión 140
Software 35
Temperatura 116
WirelessHART adaptador 11
WirelessHART pasarela 9
2.4.‐ Especificación HART
El Protocolo HART implementa la arquitectura jerárquica 1, 2, 3, 4 y 7 del modelo de protocolo de 7 niveles de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI):
El Nivel Físico HART está basado en la norma Bell 202, usa la modulación por desplazamiento de frecuencia (MDF) para comunicarse a 1200 bps. Las frecuencias de señal que representan los valores de bit 0 y 1 son 2200 y 1200 Hz respectivamente.
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Esta señal se superpone a un nivel bajo en la señal de medición analógica de 4 a 20 mA sin causar ninguna interferencia con la señal analógica.
El nivel de Enlace de Datos HART define un protocolo maestro‐servidor ‐ en uso normal, un dispositivo de campo sólo contesta cuando le hablan. Puede haber dos maestros, por ejemplo, un sistema de control como maestro primario y un comunicador portátil HART como maestro secundario. Las reglas de tiempo definen cuando puede cada maestro iniciar una transacción de comunicación. Se pueden conectar hasta 15 o más dispositivos servidores a un par individual de cable multipunto.
El Nivel de red suministra enrutamiento, seguridad de punta a punta y servicios de transporte. Éste gestiona "sesiones" para comunicación de punta a punta con los dispositivos correspondientes.
El nivel de transporte: El Nivel de Enlace de Datos asegura que las comunicaciones sean propagadas correctamente de un dispositivo a otro. El Nivel de Transporte se puede usar para asegurar que la comunicación de punta a punta sea correcta.
El Nivel de Aplicación define los comandos, respuestas, tipos de datos e informes de estado respaldados por el Protocolo. En el Nivel de Aplicación, los comandos públicos del protocolo se dividen en cuatro grupos principales:
1. Comandos universales ‐ suministran funciones que se pueden implementar en todos los dispositivos de campo 2. Comandos de Práctica Común ‐ suministran funciones comunes para muchos, pero no para todos los dispositivos de campo 3. Comandos Específicos para Dispositivo ‐ suministran funciones que son únicas para un dispositivo de campo en particular y son especificadas por el fabricante del dispositivo 4. Comandos para Familia de Dispositivos ‐ suministran un juego de funciones estandarizadas para instrumentos con tipos particulares de medición y permiten el acceso genérico total sin usar comandos específicos para un dispositivo.
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Puesta en servicio de dispositivos
Puesta en servicio de dispositivos Los instrumentos HART tienen varias características que reducen significativamente el tiempo requerido para la puesta en servicio completa en una red o circuito HART. Menos tiempo dedicado a la puesta en servicio del dispositivo puede generar importantes ahorros en costos: La puesta en servicio de dispositivos incluye ahorros de tiempo y costo:
Verificación optimizada y centralizada de dispositivos Fácil verificación de la integridad del circuito Documentación de la instalación real. Después de la puesta en servicio, los dispositivos deben ser configurados y calibrados antes de su uso.
Verificación de dispositivo
Antes de la instalación, los fabricantes suelen colocar etiquetas y otros datos de identificación y configuración en cada instrumento de campo. Esta información se proporciona generalmente cuando el dispositivo se ordena. Después de la instalación, la identificación del instrumento, la etiqueta y el descriptor se pueden verificar ya sea en el banco de trabajo o en la sala de control con un configurador del dispositivo, que puede ser un comunicador portátil o PC usando un módem conectado al dispositivo o al circuito de 4‐20mA.
Algunos dispositivos de campo proporcionan información sobre su configuración física. Por ejemplo, los dispositivos pueden tratar con materiales mojados, calificaciones o límites de diferentes tipos.
Los datos de configuración física y de otro tipo se pueden comprobar en la sala de control. El proceso de verificación es importante para la seguridad y conformidad a las regulaciones gubernamentales y requisitos de calidad ISO.
El proceso de puesta en servicio puede optimizarse aún más mediante la conexión de una aplicación de configuración basada en PC a cada circuito HART. Página 45 | 119
Esto se puede hacer mediante integración con el sistema de control o mediante uno de los muchos sistemas multiplexores de E/S HART disponibles. Con este enfoque centralizado, no hay necesidad de mover el dispositivo de configuración de un punto de terminación al siguiente durante la puesta en servicio de todos los dispositivos en la red.
Verificación de integridad del circuito Una vez que un instrumento de campo se ha identificado y se han confirmado sus datos de configuración, se puede comprobar la integridad del circuito analógico con la función de prueba de circuito, que es respaldada por muchos dispositivos compatibles con HART. La prueba de circuito permite fijar la señal analógica de un transmisor HART en un valor específico.
Este valor fijo verifica la integridad del circuito y asegura una conexión adecuada para respaldar dispositivos tales como los indicadores, registradores y pantallas DCS. Este enfoque asegura una buena conexión física entre todos los dispositivos de red.
Se puede lograr integridad adicional si el valor analógico se compara con el valor digital que se informa en un dispositivo. Por ejemplo, alguien podría haber proporcionado una compensación al valor analógico de 4 a 20 mA, que no se ha tenido en cuenta en el sistema de control. Al comparar el valor digital de la variable principal con el valor analógico, se puede verificar la integridad del circuito.
Documentación de la instalación real
Muchos configuradores HART también facilitan la documentación. Los datos reales de configuración del dispositivo instalado se pueden guardar en memoria o en un disco para archivo o impresión.
Esto facilita el cumplimiento respecto a documentación y proporciona una trayectoria documentada de la configuración para facilitar la sustitución del dispositivo.
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Configuración de dispositivos
La tecnología HART ofrece varias maneras de llegar a la información inteligente en un dispositivo HART. Esto se puede hacer utilizando una conexión física permanente o temporal.
Puede acceder a todos los datos HART de un dispositivo compatible con HART desde cualquier lugar de la señal de 4‐20 mA. La conexión no tiene que ser en las terminales en el dispositivo. Esta característica puede reducir el número de viajes al campo ya que el acceso se puede hacer en el panel de relés o de terminación. Por favor, siga todas las directrices de conexión de la planta local. Hay muchas razones para comunicarse con un dispositivo específico. Entre ellas, se incluyen:
Configuración del dispositivo Diagnóstico del dispositivo Identificación y corrección de problemas del dispositivo Verificación de integridad del circuito Identificación y corrección de problemas de procesos
Un dispositivo compatible con HART se puede configurar mediante las herramientas de hardware y software proporcionadas por las empresas afiliadas a la Fundación de Comunicación HART.
Algunos sistemas de control, gestión de activos o seguridad ofrecen la capacidad de conexión permanente para configuración de dispositivos. En ese caso, siga las instrucciones del proveedor.
Para configurar un dispositivo único con una conexión temporal, se necesita una herramienta universal de configuración de mano, una fuente de alimentación, un resistor de carga y un dispositivo compatible con HART. La configuración también se puede lograr usando una PC con una aplicación de configuración del dispositivo y utilizar un módem HART.
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Comunicadores universales portátiles
Las ventajas de utilizar un comunicador de mano, con este enfoque, son la portabilidad y, potencialmente, la capacidad de operar en entornos adversos.
Figura 1. Comunicadores portátiles HART
Los comunicadores HART portátiles están disponibles de los principales proveedores de instrumentación en todo el mundo y son apoyados por las empresas afiliadas a la Fundación. Mediante el uso de archivos de Descripción de Dispositivos (DD), el comunicador puede configurar completamente cualquier dispositivo HART para el que ha instalado una DD.
Si el comunicador no tiene la DD para un dispositivo específico, todavía se comunica y configura el dispositivo a través de los comandos Universales y de Práctica Común de HART, pero no puede acceder a los comandos específicos adicionales o de dispositivos disponibles en el dispositivo.
Hay 35 a 40 elementos de datos estándar en todos los dispositivos HART registrados.
Se puede acceder a los datos mediante cualquier comunicador o herramienta de configuración aprobada. Estos artículos no exigen una DD y por lo general incluyen la funcionalidad de equipo básico. Página 48 | 119
Acceso a datos de dispositivos específicos requiere una DD actualizada para ese dispositivo en particular, ya que esto proporciona al comunicador la información necesaria para acceder plenamente a todas las capacidades de los dispositivos específicos.
Un comunicador HART portátil, si está equipado, también puede facilitar la documentación de configuración del dispositivo. Los datos de configuración del dispositivo instalado se pueden guardar en memoria o en un disco para archivo o impresión posterior. Hay muchos tipos de comunicadores portátiles disponibles. Asegúrese de revisar las características y la capacidad para cumplir con sus requisitos específicos.
Cuando se conecta a un dispositivo, siga las instrucciones de cableado suministradas por el proveedor del dispositivo y observe todos los requisitos de seguridad del área de la planta. Recuerde, las conexiones a un dispositivo se pueden hacer en cualquier parte del circuito de control. Las conexiones no tienen que estar ubicadas físicamente en el dispositivo.
Configuración de dispositivos y herramientas de administración basadas en PC
También puede configurar un dispositivo compatible con HART con una PC de escritorio o computadora portátil, u otros dispositivos portátiles equivalentes. Para ello, utilice una aplicación de software basada en PC y un módem de interfaz HART. En comparación con un comunicador portátil, una PC puede ofrecer una pantalla mejorada. También puede respaldar más DD y configuraciones de dispositivos debido a la capacidad adicional de almacenamiento de memoria.
Debido a la naturaleza crítica de las configuraciones de dispositivos en el entorno de la planta, las computadoras también se pueden utilizar como almacenamiento de reserva de los datos de los comunicadores portátiles.
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Figure 2. Connecting a PC to a HART device
Las aplicaciones de software están disponibles de muchos proveedores. Es importante revisar sus características para determinar la facilidad de uso, posibilidad de añadir o descargar DD originales de la Fundación de Comunicación HART y la funcionalidad en general.
Una vez que el dispositivo está configurado, el dispositivo mantiene la configuración que permite la instalación en la aplicación de proceso.
Cómo elegir productos HART
Cuando se trata de elegir un producto HART, los compradores tienen que saber qué tipo de preguntas hacer a fin de elegir el producto que se adapte mejor a sus necesidades. Podría parecer que cada proveedor ofrece un tipo similar de productos; sin embargo, la capacidad de HART en los instrumentos y los sistemas pueden variar mucho de un proveedor a otro. En consecuencia, cuestione a los vendedores con cuidado. A continuación se presentan algunas cosas que preguntar.
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Lo más importante, cuando se especifica la tecnología HART, asegúrese de exigir que:
Los dispositivos estén registrados en la Fundación de Comunicación HART Las descripciones de dispositivos (DD) estén registradas en la Fundación Los proveedores sean miembros de la Fundación de Comunicación HART
Este enfoque asegura que los dispositivos o sistemas sean totalmente compatibles con HART. También asegura que hayan sido probados y registrados en la fundación. De esa manera usted se asegura de:
Interoperabilidad con otros dispositivos y sistemas habilitados para HART Conseguir un dispositivo que proporciona las características de gran alcance de la tecnología HART Especificar un producto que se integrará plenamente en sus aplicaciones HART
Para obtener una lista de dispositivos registrados, visite el Catálogo de productos o contacte a su proveedor de dispositivos o sistema de control.
Esta marca asegura que está recibiendo un dispositivo registrado HART.
2.5.‐ Integración de Datos HART
Hay muchas maneras de integrar los datos HART y aprovechar la inteligencia de los dispositivos inteligentes de campo. Estas estrategias simples y económicas incluyen:
Punto a Punto ‐ Este es el uso más común de la tecnología HART. HART a analógico ‐ Integrar los datos HART con un sistema de control analógico existente mediante la conversión de datos digitales en señales analógicas. HART más analógico ‐ Un enfoque híbrido que mantiene el control analógico, pero proporciona un mejor acceso al dispositivo. Integración total HART ‐ Un nuevo método de comunicación continúa entre el dispositivo de campo y el sistema de control.
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HART a la red de la planta ‐ Esta estrategia de integración de gran alcance pasa datos HART en las redes Ethernet de la planta para su uso en cualquier parte de una empresa.
Estas capacidades de integración de datos pueden ahorrar tiempo y dinero, proporcionar valiosa información de diagnóstico, y permitir que los datos de dispositivos de campo se utilicen en toda la planta en los sistemas de planificación de recursos empresariales. Aquí hay varias maneras de obtener más de los actuales equipos instalados HART, en orden desde los más simples a los más poderosos. Integración de Punto a Punto ‐ El uso más común de la tecnología HART. La capacidad de comunicación de los dispositivos compatibles con HART les permite ser configurados y puestos a punto para aplicaciones específicas. Esto reduce el inventario de repuestos y también ahorra tiempo y dinero en la puesta en servicio y mantenimiento.
Mediante la conexión a los cables de 4 a 20 mA en cualquier parte del circuito de corriente, se puede interrogar a un dispositivo desde ubicaciones remotas. Usted puede obtener el estado del dispositivo y la información de diagnóstico.
Integración HART a analógico ‐ Los extractores de señales se comunican con los dispositivos HART en tiempo real para convertir la información inteligente ubicada en estos dispositivos en señales 4‐20 mA. Estos se introducen en un sistema de control analógico existente. Añada esta capacidad un dispositivo a la vez para conseguir más de sus dispositivos HART inteligentes.
Algunos de estos dispositivos también proporcionan los cierres de contactos / alarmas para alerta temprana de posibles problemas.
Integración HART más analógico – Las soluciones de paquetes multiplexores HART facilitan la comunicación con dispositivos HART mediante la sustitución de los paneles de terminación E/S existentes. Su señal de control analógica continúa en el sistema de control como lo hace hoy en día.
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Los datos HART son extraídos de la señal analógica y enviados a un dispositivo / sistema de gestión de activos, proporcionando valiosa información de diagnóstico las 24 horas del día, 7 días a la semana. Aunque el controlador no tenga conocimiento de los datos HART, esta solución proporciona un mejor acceso al diagnóstico de dispositivos para mejorar la gestión de activos o un proceso.
Integración HART completa ‐ Actualizar su sistema E/S de campo o remoto para que sea compatible con HART proporciona una ruta integrada para continuamente poner datos HART directamente en su sistema de control. La mayoría de los nuevos sistemas de control son compatibles con HART. Muchos proveedores ofrecen soluciones de software y E/S para hacer mejoras sencillas y rentables.
La comunicación continua entre el dispositivo de campo y el sistema de control permite detectar automáticamente problemas con un dispositivo, su conexión al proceso, o inexactitudes en la señal de control de 4‐20 mA. Se pueden adoptar medidas correctivas antes de que haya repercusiones negativas para la operación del proceso.
Esta solución también ofrece la oportunidad de pasar de una estrategia de mantenimiento programado a una estrategia de mantenimiento predictivo donde los dispositivos notifican al sistema sobre un posible problema ‐ lo que le da la capacidad de trabajar sólo en los dispositivos que necesitan atención.
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Integración HART a la red de la planta – La herramienta de software HART OPC Server proporciona un medio simple y económico para pasar datos HART a la red Ethernet de la planta. Una vez allí, los datos pueden ir a aplicaciones OPC compatibles en cualquier lugar de la planta.
Calibración
Es fundamental comprobar periódicamente la calibración de todos los dispositivos de campo. Por diseño, el protocolo HART proporciona comandos para permitir fácilmente esta función. Es una razón por qué la tecnología HART es tan popular. La calibración asegura que un dispositivo de campo ofrezca un sistema de control con el valor correcto de una variable de proceso. El controlador puede utilizar esta información para tomar medidas.
El proceso de calibración consiste en tres pasos principales, como se muestra en el siguiente diagrama. Implican la ampliación y transformación de la variable de proceso, seguido por la producción de la señal.
Estos pasos son necesarios debido a la física de los sensores, las técnicas de medición y la dinámica de las variables de proceso. El protocolo HART proporciona comandos estándar de ajuste y relacionados para facilitar el proceso.
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Transformación de la variable de proceso
El primer paso de calibración es el bloque transductor (vea el diagrama arriba a la izquierda). Transforma una variable ‐ tal como presión, temperatura o flujo ‐ en una representación digital de ese parámetro.
En este paso, el valor digital se genera a partir de propiedades como los límites superior e inferior del transductor, puntos de recorte y los datos de caracterización.
En general, el dispositivo de campo es calibrado mediante un valor de referencia correlacionable cerca de los límites superior e inferior. El recorte de los cálculos matemáticos internos resultantes compensa cualquier error. Los calibradores de proceso están disponibles comercialmente para realizar esta función mediante el protocolo HART.
Calibración de la variable de proceso
El segundo paso se conoce como el bloque de alcance o "puesta a cero y establecimiento de rango del dispositivo." Esto proporciona valores para los límites superior e inferior, así como los puntos intermedios.
Aquí, se utilizan los valores de rango superior e inferior para producir valores digitales. Eventualmente corresponderán a una señal de 4 mA para el rango inferior y una señal de 20 mA para el rango superior. En este paso se establece el porcentaje de rango, que abarca todo entre estos dos extremos.
Además, una función de transferencia apropiada ‐ como lineal, raíz cuadrada, cuadrática, cúbica segmentaria y así sucesivamente ‐ se puede aplicar como parte de esta ampliación. La función de transferencia corrige las relaciones no lineales entre una variable de proceso y un transductor.
En algunos casos, esto es necesario debido a que el transductor es la medición de una variable relacionada. Las funciones de raíz cuadrada, por ejemplo, se utilizan para aproximar una medición de flujo de una medida de presión diferencial. Tenga en cuenta que el alcance de un dispositivo de campo no es lo mismo que calibrarlo.
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Producción de la señal El tercer paso crea la señal final. Realizado por el bloque CDA (conversión digital a analógica), este paso produce la salida de 4 a 20 mA. Asegura que el 0% sea equivale exactamente a 4 mA y que el 100% sea igual a 20 mA. La señal así generada corresponde al valor del proceso. Desde una perspectiva de sistema, esta señal ‐ y el hecho de que corresponde a un valor determinado de proceso ‐ es la función más importante del dispositivo de campo. Para obtener información adicional, consulte el documento técnico de referencias de calibración "Calibrating HART Transmitters” por Kenneth L. Holiday, Southwest Research Institute. El Sr. Holiday es miembro de la Comité de Tecnología ISA para calibración de campo. Cableado de dispositivos HART En general, la práctica de instalación para dispositivos HART cableados es la misma que para la instrumentación convencional de 4 a 20 mA. Las directrices para una instalación cableada HART incluyen:
Uso de par trenzado blindado de cableado con el tamaño del conductor adecuado Puesta a tierra en un solo punto Garantizar una fuente de alimentación de especificación apropiada Mantenerse por debajo de la longitud de cable máxima permitida que depende de la capacitancia del cable y el número de dispositivos de red.
Conexión de cableado típica con un dispositivo de campo HART, una PC con una aplicación basada en PC y una terminal portátil. También se muestra una interfaz o módem HART requerido ‐ ya sea versión RS232 o USB. Página 56 | 119
Consideraciones de cableado
Si es posible, use cable de par trenzado blindado individualmente, ya sea en par único o variedades multi‐pares. Los cables sin blindaje se pueden utilizar para distancias cortas, siempre que el ruido ambiental y la diafonía no tengan repercusiones negativas en la comunicación. El calibre mínimo del conductor es 0,51 mm de diámetro (# 24 AWG) para tendidos de cable menores a 1.500 metros (5.000 pies) y diámetro de 0,81mm (# 20 AWG) para distancias más largas.
Puesta a tierra Para evitar la interferencia externa, conecte a tierra el sistema correctamente. En particular, el circuito de la señal debe estar conectado a tierra, en todo caso, en un solo punto. El blindaje del cable debe estar conectado a tierra, una vez más en un solo punto. No se debe conectar a los gabinetes de instrumentos o cajas de conexiones a menos que estén aislados de tierra. El punto único para puesta a tierra usualmente estará cerca de la unidad central ‐ por ejemplo, en el sistema de control.
Voltaje de la fuente de alimentación Alimentación para un circuito de instrumentos bifilares es típicamente de 24 VCC. Como siempre, la tensión debe ser suficiente para proporcionar el voltaje necesario para despegue del dispositivo de campo. Tener en cuenta las caídas de tensión en la resistencia del cable y la carga, así como de cualquier seguridad intrínseca pasiva, o barrera IS presente. Los dispositivos inteligentes pueden requerir hasta 22 mA para indicar una condición de alarma. Utilice este valor para calcular la peor caída de tensión del circuito.
Ondulación y ruido de la fuente de alimentación La siguiente tabla muestra las especificaciones adicionales relacionadas con la comunicación de la fuente de alimentación para un circuito HART. Las especificaciones de ondulación y ruido evitan la interferencia directa con las señales HART. El límite de impedancia asegura que las señales HART vean a la fuente de alimentación como una trayectoria de baja impedancia. Esto evita el acoplamiento accidental y la diafonía entre circuitos HART múltiples alimentados desde una fuente común.
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Ondulación máxima (47 a 125 Hz) 0,2 V p‐p
Ruido máximo (500 Hz a 10 kHz) 1,2 mV rms Máxima impedancia en serie (500 Hz a 10 kHz) 10 Ω
Longitud del cable La mayoría de las instalaciones están dentro del límite teórico de los 3.000 metros (10.000 pies) para la comunicación HART. Sin embargo, las características eléctricas del cable ‐ sobre todo su capacitancia ‐ y la cantidad de dispositivos conectados pueden afectar la longitud máxima permitida del cable. La siguiente tabla muestra el efecto de la capacitancia del cable y el número de dispositivos de red en la longitud del cable. Esto se basa en dispositivos HART típicos en entornos no IS, o seguridad intrínseca, lo que significa que no hay impedancia en serie miscelánea. La información detallada para determinar la longitud máxima del cable para cualquier configuración de red HART se encuentra en las Especificaciones del nivel físico HART.
Longitud del cable ‐ pies (metros)
El Protocolo de Comunicación HART (HART = Transductor remoto direccionable de alta velocidad) define un estándar de protocolo de comunicaciones de campo bidireccionales para sistemas de instrumentos, control y automatización. De hecho, no es solo un estándar, sino el estándar global para enviar y recibir información digital a lo largo de cables analógicos entre dispositivos inteligentes y sistemas de alojamiento.
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Un servidor puede ser cualquier aplicación de software desde el dispositivo portátil o el ordenador portátil de un técnico al control de procesamiento de una planta, una plataforma de gestión de activos, de seguridad o cualquier otro sistema que utilice una plataforma de control.
Hay varias razones para utilizar HART Communication para mejorar el flujo de datos entre los servidores y los dispositivos de campo. Estas incluyen la configuración o reconfiguración de dispositivos, los instrumentos de diagnóstico y de resolución de errores, leer los valores de las medidas adicionales proporcionadas por el dispositivo y muchas más. Puede proporcionar muchas ventajas, incluyendo tener un papel importante en mejorar las operaciones de las plantas, aumentar la disponibilidad de activos, reducir los costes de mantenimiento y ayudar con el cumplimiento normativo. En todos estos papeles, la tecnología HART ha demostrado ser fácil de usar y muy fiable. Para más información sobre las características y ventajas de la tecnología HART, por favor, consulte la sección “Acerca del protocolo HART” de nuestra página web. Es fácil: contacte con su proveedor habitual de instrumentación y control. El protocolo HART es el mayor estándar de su clase en el campo de control de procesos. Más del 70 % de todos los dispositivos inteligentes instalados en el mundo son compatibles con HART Communication. Esta disponibilidad se suma a una base global instalada de más de 20 millones de dispositivos. La mayoría de los proveedores más importantes de dispositivos de medida y control ofrecen productos compatibles con HART. Se proporciona una gran variedad de tipos de dispositivos de medida y control para muchas aplicaciones diferentes. La mayoría de los nuevos sistemas de control incorporan la tecnología HART, con software y soluciones I/O para hacer las actualizaciones simples y rentables. Actualizar a HART Communication es una elección lógica para añadir comunicaciones digitales a millones de sistemas antiguos que no se pueden modernizar de forma rentable a un bus de campo completamente digital. En lugar de una modernización importante, añadir la tecnología HART es realmente una mejora sin pérdida de inversión. Hay muchas soluciones rentables que permiten el acceso a los datos HART sin perturbar el sistema de control ya existente. La comunicación se produce utilizando un cable estándar de instrumentación y utilizando prácticas de terminación y cableado estándar. Los dispositivos compatibles con HART producen/aceptan la misma señal de control analógica de 4‐20 mA utilizando el mismo cableado que ha sido el estándar en los sistemas de automatización durante más de 30 años. La rentabilidad financiera de la inversión en mejora de tecnología HART es similar a la de la que proporcionan los buses de campo completamente digitales, porque ofrece las ventajas de un canal de comunicación bidireccional para aplicaciones para todas las operaciones de la planta y a lo largo del ciclo vital del sistema de automatización.
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Un archivo de datos llamado Descripción de dispositivo (DD) es clave para la capacidad del protocolo HART de “extraer datos del dispositivo de campo”. Esto describe las características y funciones de un dispositivo, como la forma y contenido de los menús y las visualizaciones gráficas que se presentarán en los servidores o en los dispositivos portátiles. La DD se escribe de acuerdo a un Lenguaje de Descripción de Dispositivo en el protocolo. La Fundación HART Communication gestiona una biblioteca de Descripciones de dispositivo del fabricante y proporciona actualizaciones regulares a las que se puede suscribir cualquier miembro de la Fundación. Las DD están disponibles para su descarga en esta página web. La DD no es requerida para la comunicación con dispositivos compatibles con HART. Es un elemento activador opcional de la tecnología HART que admite la mayoría de proveedores de dispositivos y servidores para ofrecer a los usuarios de HART el valor añadido de interoperabilidad multiproveedor. La tecnología HART ha demostrado que reduce significativamente el tiempo requerido para la puesta en marcha total de una red (bucle). Por ejemplo, los dispositivos se pueden verificar más rápidamente porque la información y de la aplicación y la específica del dispositivo se cargan en instrumentos que se pueden verificar rápidamente con el sistema de control del servidor. La puesta en marcha se racionaliza aún más conectando un configurador de PC a cada bucle de HART Communication online, o bien a través del sistema de control o de un sistema I/O de multiplex. Esto elimina la necesidad de mover el dispositivo de configuración de un punto final al siguiente mientras se ponen en marcha dispositivos en la red. Las aplicaciones líderes configuradoras de PC también incluyen una característica de comprobación de bucle que asegura conexiones adecuadas y funciones para guardar un registro en el momento de la instalación para tener documentación a largo plazo y para el mantenimiento. Aunque es verdad que hace 15 años la tecnología ofrecía la capacidad para la primera puesta en funcionamiento, tales como utilizar comunicadores portátiles para programar o reprogramar y diagnosticar dispositivos HART, el protocolo HART ha madurado más allá de su primera función de configuración del dispositivo, calibración y mantenimiento. Hoy en día, la señal digital HART Communication también se utiliza en monitorización continua a tiempo completo y en aplicaciones de control para detectar fallos del sistema de control como fallos en el rango de los bucles de control que pueden cerrar una planta química de gran tamaño durante días. Además, el control continuo con la tecnología HART puede recuperar información de estado y de diagnóstico para cerrar el “espacio de información” en los bucles analógicos 4‐20 mA utilizados en los sistemas de seguridad instrumentados. Hay muchas formas de integrar los datos HART y hacer uso de la inteligencia en sus dispositivos inteligentes de campo.
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La integración punto a punto es el método más común, permitiéndole interrogar a un dispositivo usando un servidor remoto conectándose en cualquier lugar del bucle actual. El siguiente paso es la integración HART a analógico, que reemplaza los componentes de control analógicos con los extractores de señales del protocolo HART para convertir las señales de 4‐20 mA de los datos en tiempo real para ser introducidos a un sistema de control analógico ya existente. Después, la integración analógica HART –plus‐ emplea multiplexadores de tecnología HART para reemplazar los paneles de terminación I/O existentes. La señal analógica continúa hacia el sistema de control, mientras que los datos de HART Communication se envían a un sistema de administración de dispositivos/activos para proporcionar diagnósticos continuos. Finalmente, la integración total HART mejora el sistema I/O remoto o de campo para una comunicación bidireccional completa entre la instrumentación de campo y el sistema de control. El resultado es una detección de problemas automatizada y en tiempo real con los dispositivos o las conexiones para una acción correctiva más rápida.
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CAPITULO III. Tecnología Inalámbrica (Wireless)
3.1.‐ Introducción
La especificación HART más actual, que incluye Wireless HART, es el primer estándar de comunicación inalámbrica abierto diseñado específicamente para tratar la necesidad de comunicaciones inalámbricas sencillas, fiables y seguras en plantas industriales. Wireless HART facilita la instalación de dispositivos de medida y de control en aplicaciones donde las soluciones tradicionales con cable son caras. Incorpora potentes funciones de seguridad para asegurar la integridad de la red. Y elimina el coste y las dificultades de equipamiento físico como routers y adaptadores. Los distribuidores cuyos dispositivos admiten este protocolo ofrecen compatibilidad instantánea para los usuarios de HART en la planta y en el campo. Además, Wireless HART es compatible con versiones anteriores, admitiendo tanto nuevos dispositivos inalámbricos de campo como permitiendo que los dispositivos HART ya existentes se actualicen fácilmente.
La red utiliza radios compatibles IEEE 802.15.4 que operan en la banda de radio industrial, científica y médica de 2,4 GHz. Las radios emplean tecnología de espectro de difusión de secuencia directa y salto de canal para la seguridad y fiabilidad de la comunicación, así como comunicaciones TDMA sincronizadas, controladas por latencia entre los dispositivos en la red. Esta tecnología ha sido probada en pruebas de campo e instalaciones de plantas reales a través de una amplia gama de industrias de control de procesos.
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Cada dispositivo en la red de malla puede servir como un encaminador de mensajes de otros dispositivos. En otras palabras, un dispositivo no tiene que comunicarse directamente con una pasarela, sólo enviar su mensaje al dispositivo más próximo. Esto amplía el alcance de la red y proporciona rutas redundantes de comunicación para aumentar la fiabilidad.
El administrador de red determina las rutas redundantes basadas en la latencia, eficiencia y fiabilidad.
Para asegurar que las rutas redundantes permanecen abiertas y despejadas, los mensajes continuamente alternan entre las rutas redundantes. En consecuencia, como en Internet, si un mensaje no puede llegar a su destino por una ruta, es automáticamente redirigido a seguir una ruta de acceso conocida redundante sin pérdida de datos.
El diseño de malla también facilita añadir o mover dispositivos. Siempre y cuando un dispositivo esté dentro del alcance de los demás en la red, se puede comunicar.
Para una mayor flexibilidad para cumplir con diferentes requisitos de aplicación, la norma Wireless HART respalda múltiples modos de mensajería, incluyendo la publicación unilateral de valores de proceso y control, la notificación espontánea por excepción, solicitud / respuesta ad‐hoc, y transferencias de bloques auto segmentados de grandes conjuntos de datos. Estas capacidades permiten que las comunicaciones se adapten a los requisitos de aplicación, lo que reduce el consumo de energía y los gastos generales.
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Perspectiva general de WirelessHART
Al aumentar la necesidad de medidas adicionales de proceso, los usuarios buscan un método simple, fiable, seguro y rentable para entregar los nuevos valores de medición y controlar los sistemas sin la necesidad de correr más cables. Con mejoras de procesos, ampliaciones de planta, los requisitos reglamentarios, los niveles de seguridad y las demandas de mediciones adicionales, los usuarios recurren a la tecnología inalámbrica para esa solución.
Con aproximadamente 30 millones de dispositivos HART instalados y en servicio en todo el mundo, la tecnología HART es el protocolo de comunicación más utilizado para la instrumentación de proceso inteligente. Con la capacidad adicional de comunicación inalámbrica, el legado de los beneficios que esta tecnología de gran alcance proporciona continúa ofreciendo a los usuarios la visión operativa que necesitan para mantenerse competitivos.
Respaldada por el poder de HART
Construida en base a normas probadas en la industria Creada por expertos en industria y tecnología Soporte de proveedores múltiples y dispositivos interoperables Usa dispositivos, herramientas y conocimientos existentes
Aplicaciones flexibles
Costos de instalación reducidos – ¡sin alambres! Monitoreo de procesos, control y gestión de activos Monitoreo de cumplimiento de salud, seguridad y medio ambiente
Respalda todas las fases del ciclo de vida de la planta
Rápido diseño, lanzamiento y puesta en servicio Un cambio rentable del mantenimiento programado al predictivo Fácil diagnóstico e identificación y corrección de problemas
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Solo un pequeño porcentaje de las plantas utilizan comunicaciones completamente digitales y millones de sistemas de automatización y de control antiguos usado ahora puede que nunca pasen a ser “completamente digitales”. La tecnología HART puede ser por lo tanto una herramienta vital para la vida de la planta. HART no requiere un cambio completo de dispositivos de medida y de control y no requiere una formación especial ni cambios en el cableado existente. El mundo de la automatización de procesos continúa poniéndose al día con las mejoras continuas en tecnología HART y los consultores de la industria prevén que esta tecnología será compatible y continuará siendo la tecnología líder en comunicaciones durante muchos años más.
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3.2.‐Plataforma de Comunicación Wireless Hart
Antecedentes
Wireless HART es un estándar internacional (IEC 62591) utilizando la banda de frecuencia de 2,4 GHz que sin necesidad de autorización y es una parte integral de la especificación HART 7. Además, también es un estándar europeo (EN62591) y cumple con la norma EN 300328. El estándar Wireless HART fue adoptado por una mayoría abrumadora de los miembros de la Fundación HART Communication (HCF), que incluye más de 280 de los mayores proveedores de automatización de procesos del mundo. Desde entonces, varios grandes proveedores de procesos globales han lanzado productos o han acordado desarrollar productos conforme a la especificación Wireless HART. Una de las muchas ventajas de utilizar productos conforma a un estándar internacional como IEC o IEEE es la seguridad de su interoperabilidad. La interoperabilidad es la capacidad de los dispositivos de uno o más proveedores para comunicarse juntos adecuadamente en una aplicación de automatización. La interoperabilidad está asegurada también por un programa comprobado de pruebas y registro gestionado por la HCF. Wireless HART es una red de autoformación y auto organización.
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El usuario no necesita saber los detalles de cómo funciona la red. Siempre que los dispositivos se encuentren dentro del alcance de la puerta de enlace o de otro dispositivo de red, la red se configura automáticamente. El sistema configura automáticamente la red, programando la comunicación entre dispositivos, gestionando las rutas de los mensajes y monitorizando la salud de la red. La única acción del usuario es configurar la identificación de red y la clave conjunta en los dispositivos individuales para que puedan unirse a la red. Wireless HART es HART con una implementación de comunicación inalámbrica. Con cable o sin cables, funcionan juntos para proporcionar una forma estandarizada de comunicar información de diagnóstico y de medida de procesos desde un dispositivo HART a un sistema de control o de gestión de activos.
El proceso de especificación utilizado por la Fundación HART Communication es un método comprobado con el tiempo y con mucho apoyo. Todas las especificaciones HART son dirigidas por el usuario para asegurarse de que la especificación final satisface las necesidades de los usuarios de todo el mundo, en otro caso no tendría valor. Se reunieron las opiniones de los usuarios utilizando muchas fuentes y junto con expertos de la industria y la tecnología. Las especificaciones iniciales fueron comprobadas y evaluadas y se incorporaron los resultados en la especificación final. Se realizaron pruebas de campo para asegurar que las especificaciones finales satisfacían las necesidades de los usuarios y presentaban una solución inalámbrica fiable. Debido a que Wireless HART es HART, se pueden utilizar todas las herramientas de configuración estándar para configurar un dispositivo Wireless HART. Esto incluye herramientas de configuración portátiles y basadas en PC. Solo hay dos parámetros adicionales que tienen que ser configurados: la clave conjunta de los dispositivos y la identificación de red. Estos se configuran utilizando herramientas estándar HART de configuración como una herramienta portátil o una aplicación basada en PC conectados directamente al dispositivo a través de un modem. Ya que los usuarios demandan un alto nivel de seguridad de datos y de red, la clave conjunta y la identificación de red no se emiten nunca inalámbricamente. Sin embargo, si la identificación de red y la clave conjunta están pre configuradas de fábrica no se necesita una conexión local por cable para la puesta en funcionamiento de los dispositivos. Hay muchas opciones de energía: batería, acumulación de energía (incluyendo la solar), línea eléctrica o en bucle y otros. Los dispositivos Wireless HART con alimentación mediante baterías utilizan normalmente baterías estándar de alta energía y larga duración como parte de un módulo de energía (paquete de baterías) que puede hacer funcionar el dispositivo durante periodos amplios de tiempo dependiendo de la aplicación y la velocidad de actualización del dispositivo.
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Los dispositivos pueden utilizar baterías disponibles para su venta y opciones de energía igual que otros dispositivos de red inalámbricos. Cada proveedor utilizará la que determine que es la mejor solución de energía para su dispositivo concreto. Lo proveedores recomiendan ciertas baterías para obtener el tiempo más largo de funcionamiento del dispositivo en condiciones de funcionamiento duras. La especificación requiere que el dispositivo informe de la vida de la batería proporcionando un aviso con antelación de la necesidad de cambiar o reemplazar las baterías mucho tiempo antes de que un dispositivo se quede sin energía.
Tecnología Inalámbrica a Distintos Niveles
Protocolos Wireless Personal Area Networks – WPAN
IEEE 802.15
(1998)
(2003)
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Puesto que hay diferentes niveles de control y de tiempos de respuesta punto a punto requeridos, la aplicación específica determinará si se debería utilizar Wireless HART. La topología en malla de Wireless HART tiene muchas ventajas sobre la topología en estrella, haciendo de la malla la opción topológica más práctica: • Muy robusta: múltiples rutas para una fiabilidad máxima bajo condiciones cambiantes de la planta. • Se puede ampliar la distancia de la red porque la distancia crítica es ahora entre dispositivos en múltiples saltos, no entre el dispositivo y la puerta de enlace. • Rentable porque una sola puerta de enlace puede cubrir un área de red mayor. • Despliegue de bajo riesgo porque la localización de la puerta de enlace puede ser más flexible, incluyendo ser instalada en el borde de la unidad de funcionamiento usando mínima energía y networking central. • Flexibilidad y movilidad porque los dispositivos se pueden añadir o mover fácilmente dentro de la red sin instalar ni cablear routers centrales. • Expansión incremental. Se pueden añadir dispositivos adicionales con grandes ahorros en el tiempo de despliegue y en los costes de cableado comparados con las instalaciones de cable tradicionales. El mayor impacto sobre la vida de la batería es la velocidad de actualización y no el enrutado o el uso de una topología en malla. La vida de la batería está en función de la velocidad de actualización de la medida, los requisitos de energía del dispositivo (algunos tipos de sensores consumen más energía que otros), la capacidad de la batería y las condiciones medioambientales y si el dispositivo en ruta mensajes enviados por otros dispositivos de la malla. Dependiendo de su posición en una red en malla, un dispositivo que funcione como router puede experimentar una ligera reducción de la vida de la batería con relación a un dispositivo que no en rute mensajes. Por lo tanto, es importante evaluar adecuadamente la aplicación para determinar la mejor configuración de red teniendo en cuenta todas las cuestiones y para seleccionar los dispositivos con una vida de la batería adecuada para la aplicación. La vida esperada de la batería para un transmisor Wireless HART ajustado con actualizaciones de 1 minuto puede ser de 10 años, y eso incluye transmitir mensajes de transmisores vecinos en una topología en malla. Aunque la topología en malla es la topología más común usada en plantas industriales, Wireless HART también admite la topología en estrella. Productos y sistemas de múltiples proveedores inter operan con él..
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Porqué Wireless?
Wireless HART está diseñado para comunicarse utilizando el protocolo HART. Con la mayoría de los dispositivos inteligentes instalados en todo el mundo siendo compatibles con HART, Wireless HART está diseñado para proporcionar medios de maximizar estos activos instalados y proteger la inversión en formación y herramientas.
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Retos Principales
3.3.‐ Wireless HART ‐ ¿Cómo funciona?
Wireless HART es un protocolo de comunicaciones de red de malla inalámbrica para aplicaciones de automatización de procesos. Añade capacidades inalámbricas al protocolo HART, manteniendo compatibilidad con los dispositivos, comandos y herramientas HART.
Cada red Wireless HART incluye tres elementos principales:
Dispositivos inalámbricos de campo conectados al equipo de la planta o de proceso.
Este dispositivo podría ser un dispositivo con Wireless HART integrado o un dispositivo compatible con HART instalado existente con un adaptador WirelessHART conectado al mismo.
Las pasarelas permiten la comunicación entre estos dispositivos y aplicaciones de unidades centrales conectadas a una red troncal de alta velocidad u otras redes de comunicaciones existentes en la planta.
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Un administrador de red es responsable de configurar la red, la programación de las comunicaciones entre dispositivos, gestión de rutas de mensajes y monitoreo del bienestar de la red. El administrador de red puede ser integrado en la pasarela, la aplicación central o un controlador de automatización de procesos.
La red utiliza radios compatibles IEEE 802.15.4 que operan en la banda de radio industrial, científica y médica de 2,4 GHz.
Las radios emplean tecnología de espectro de difusión de secuencia directa y salto de canal para la seguridad y fiabilidad de la comunicación, así como comunicaciones TDMA sincronizadas, controladas por latencia entre los dispositivos en la red. Esta tecnología ha sido probada en pruebas de campo e instalaciones de plantas reales a través de una amplia gama de industrias de control de procesos.
Cada dispositivo en la red de malla puede servir como un encaminador de mensajes de otros dispositivos. En otras palabras, un dispositivo no tiene que comunicarse directamente con una pasarela, sólo enviar su mensaje al dispositivo más próximo. Esto amplía el alcance de la red y proporciona rutas redundantes de comunicación para aumentar la fiabilidad.
El administrador de red determina las rutas redundantes basadas en la latencia, eficiencia y fiabilidad. Para asegurar que las rutas redundantes permanecen abiertas y despejadas, los mensajes continuamente alternan entre las rutas redundantes. En consecuencia, como en Internet, si un mensaje no puede llegar a su destino por una ruta, es automáticamente redirigido a seguir una ruta de acceso conocida redundante sin pérdida de datos.
El diseño de malla también facilita añadir o mover dispositivos. Siempre y cuando un dispositivo esté dentro del alcance de los demás en la red, se puede comunicar.
Para una mayor flexibilidad para cumplir con diferentes requisitos de aplicación, la norma Wireless HART respalda múltiples modos de mensajería, incluyendo la publicación unilateral de valores de proceso y control, la notificación espontánea por excepción, solicitud / respuesta ad‐hoc, y transferencias de bloques auto segmentados de grandes conjuntos de datos. Estas capacidades permiten que las comunicaciones se adapten a los requisitos de aplicación, lo que reduce el consumo de energía y los gastos generales.
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3.4.‐ Los componentes de la tecnología Wireless HART
Una Pasarela suministra la conexión a la red central, a Wireless HART y luego a las interfases de la unidad central principal como Modbus ‐ Profibus ‐ Ethernet. La pasarela también proporciona el administrador de red y de seguridad (estas funciones también pueden existir a nivel de la unidad central; sin embargo, inicialmente estarán en la pasarela).
El administrador de red crea y mantiene la red MESH. Identifica las mejores rutas y administra la distribución de tiempo de acceso (Wireless HART divide cada segundo en ranuras de 10 mseg). El acceso a las ranuras de acceso depende del valor de la frecuencia de actualización de proceso que se requiere y otros accesos (notificación de alarmas – cambiosdeconfiguración).
El administrador de seguridad administra y distribuye claves de cifrado de seguridad. También contiene la lista de dispositivos autorizados a unirse a la red.
El proceso incluye los aparatos de medición ‐ la instrumentación compatible con HART.
Un repetidor es un dispositivo que dirige los mensajes Wireless HART pero puede no tener conexión al proceso por sí mismo.
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Su uso principal es ampliar el alcance de una red Wireless HART o ayudar a "dar la vuelta" a un obstáculo existente o nuevo (recipiente de proceso nuevo). Todos los instrumentos de una red Wireless HART tienen capacidad de conducción que simplifica la planificación y ejecución de una red inalámbrica.
El adaptador es un dispositivo que se conecta a un instrumento HART ya existente que permite pasar los datos del instrumento a través de una red Wireless HART a la unidad central.
El adaptador puede estar ubicado en cualquier lugar a lo largo del cable del instrumento de 4‐20 mA, que se puede alimentar con pilas o puede obtener su energía del cable de 4‐20 mA. Algunos adaptadores serán a pilas y utilizarán la misma batería para alimentar el aparato y ‐ en este caso no habrá señal de 4‐20 mA a la unidad central ‐ todos los datos de proceso se informarán a través de Wireless HART.
Una terminal de mano puede venir en dos versiones. En el primer caso, la terminal de mano será una unidad de configuración estándar de HART MDF (sólo tiene que añadir las DD o los archivos DOF para el dispositivo nuevo), al igual que la utilizada para las tareas diarias tales como el mantenimiento de rutina y los controles de calibración. En el caso de soporte inalámbrico, terminal de mano se utiliza para unir un nuevo instrumento a una red Wireless HART existente.
En el segundo caso, la terminal de mano tiene una conexión Wireless HART a la pasarela y después a un instrumento y puede ser utilizada para la lectura de PV o de diagnóstico.
La tecnología Wireless HART aporta una nueva dimensión al mundo de la automatización de procesos. Basándose en el éxito probado del Protocolo HART, la Wireless HART amplía el alcance de la instrumentación de procesos de una manera que sea compatible con los sistemas y prácticas existentes.
Revisemos los pasos necesarios para garantizar el éxito de una instalación Wireless HART.
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3.5.‐ Especificación Wireless Hart
Hay muchos millones de dispositivos 4‐20 mA/HART en funcionamiento. La mayoría de ellos solo utilizan la señal analógica 4‐20 mA en su funcionamiento diario. La comunicación digital solo ha sido utilizada para la calibración y configuración del tiempo de puesta en marcha. Después de eso, HART se quedaba a menudo sin ser utilizado porque la mayoría de los sistemas antiguos solo soportan 4‐20 mA, sin el paso de la comunicación HART. Al instalar un adaptador Wireless HART en el transmisor 4‐20 mA/HART, el software de gestión de dispositivos inteligentes puede controlar continuamente el diagnóstico para alertar a los operadores y técnicos de fallos que se podrían traducir en problemas de procesos.
Es decir, un adaptador Wireless HART puede desplegar la potencia de los dispositivos 4‐20 mA/HART comunicando datos sueltos para monitorizar el dispositivo y para el software de gestión. Todas las capacidades del dispositivo disponibles en cualquier dispositivo compatible con HART también son disponibles usando Wireless HART. Esto incluye la PV y toda la demás información del dispositivo. La distancia de transmisión entre dispositivos es normalmente de hasta 300 m usando una antena de 0 dB estándar. Pueden ser posibles mayores distancias usando diferentes tipos de antena. Wireless HART utiliza la topología en malla, lo que significa que cada dispositivo puede ser un repetidor capaz de transmitir datos desde transmisores remotos a la puerta de enlace.
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Por lo tanto, los datos pueden viajar por distancias muy largas “saltando” de un transmisor al siguiente hasta que alcanza la puerta de enlace. Puesto que Wireless HART utiliza la misma radio que otras redes con sensor inalámbrico IEEE 802.15.4, el alcance entre dispositivos es el mismo. Cualquier diferencia entre un producto y otro depende de la sensibilidad del chip de radio utilizado internamente y la selección de antena. Puesto que la topología en malla admite muchos saltos, la red en conjunto cubre mayores distancias que las otras redes. Wireless HART es un estándar internacional, IEC 62591 y no forma parte de ANSI/ISA100. Una gran planta puede implementar cientos o incluso miles de dispositivos Wireless HART. Para instalaciones grandes, utilice puertas de enlace separadas para cada unidad de proceso o área de la planta, uniéndolas usando una red HART‐IP por ethernet o wi‐fi. Esto suma hasta llegar a numerosos dispositivos, aunque lógicamente subdivididos por área de planta y responsabilidades de trabajo, igual que los controladores DCS están divididos hoy.
La tecnología Wireless HART fue diseñado para permitir a la red inalámbrica de sensores industriales segura comunicaciones, mientras que no se vea comprometida que garantiza la facilidad de uso. La seguridad está integrada dentro y no se puede desactivar. La seguridad se implementa con sesiones de extremo a extremo que utilizan cifrado de bits estándar de la industria AES‐128 ‐ aprobado por la Agencia Nacional de Seguridad (NSA) de información secreta. Estas sesiones de asegurar que los mensajes son cifrados de tal manera que sólo el destino final puede descifrar y utilizar la carga útil creado por un dispositivo de fuente.
Esto significa que nadie puede espiar a sus operaciones de la planta o inyectar "malo" o engañosa información del proceso.
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Evaluación de riesgos / reducción Para ser una amenaza creíble, un atacante debe poseer el acceso, el conocimiento y la motivación. La tecnología Wireless HART Arquitectura de seguridad ayuda a los usuarios frente a los tres de estas áreas:
• Reducir al mínimo, el control y el acceso de auditoría • Exigir a los altos niveles de conocimientos técnicos para subvertido.
• Reducir las consecuencias (span y duración) de cualquier violación de seguridad individual Wireless Sensor Network Security se puede dividir en dos categorías principales: • Seguridad de los datos o la confidencialidad se ocupa de mantener la privacidad e integridad de la información que pasa por la red. • Disponibilidad ofertas de seguridad de red o con el mantenimiento de la funcionalidad de la red en la cara de los ataques internos y / o externos (intencionales o no).
Las características de seguridad asociados con la privacidad tienen como objetivo prevenir el espionaje por dispositivos no autorizados dentro o fuera de la red. Una red de sensores Wireless HART proporciona el modo de cifrado AES‐CCM extremo a extremo de 128 bits en la capa de red / transporte desde la fuente de datos para el consumidor de datos ‐ la puerta de enlace.
Además de claves de sesión individuales, una clave de cifrado de red común se comparte entre todos los dispositivos de una red para facilitar la actividad de difusión, según sea necesario. Las claves de cifrado se pueden girar según lo dictado por la política de seguridad de la planta para proporcionar un nivel aún más elevado de protección.
Una separada de 128 bits unirse clave de cifrado se utiliza para mantener en privado los datos que se envían y se reciben durante el proceso de unión. • La clave de ingreso sirve como autenticación al administrador de seguridad que el dispositivo pertenece a esta red. • La clave de combinación se trata por separado de las otras claves para mejorar la seguridad.
Las características de seguridad de datos asociados con Integrity se aseguran de que los datos enviados a través de la red inalámbrica de sensores no han sido manipulados o falsificado.
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Wireless HART utiliza un mensaje de comprobación de integridad del campo que se añade a cada paquete.
• El dispositivo receptor utiliza este campo, junto con los datos protegidos para confirmar que el contenido del paquete no se han alterado.
• Este campo protege la red de información de enrutamiento para prevenir ataques que intentan cambiar la información de la capa de red / transporte del paquete.
Integridad de los datos también implica verificar que el paquete ha llegado de la fuente correcta. El campo de red / capa de transporte de mensajes de control de integridad, la información utilizada para generar el campo de verificación, y la clave de sesión emisor / receptor único que codifica y decodifica los datos son herramientas que se pueden utilizar para verificar la fuente.
Seguridad de la red
Una red de sensores inalámbricos también necesita herramientas para protegerlo contra los ataques. Estos ataques pueden intentar poner en peligro la red mediante la inserción de dispositivos de caballo de Troya, hacerse pasar por las redes para obtener los datos sensibles de los dispositivos legítimos, e interrumpiendo la red para denegar el servicio. Los ataques pueden ser lanzados desde fuera o dentro de la empresa por personas externas o empleados. Seguridad de la red depende de las técnicas para soportar autenticación, autorización y detección de ataques.
Un Wireless HART Gateway y los sensores inalámbricos unirse a la red deben estar configurados para controlar los dispositivos que están autorizados a acceder a la red. La red sólo será seguro si todos los dispositivos de la red inalámbrica mantener la seguridad. Wireless HART Gateway tiene un proceso de autenticación segura que utiliza para negociar con todos los dispositivos de unión para asegurarse de que son legítimos.
Ataques de denegación de servicio están dirigidas a perjudicar el funcionamiento adecuado del sistema al interferir con las comunicaciones dentro de la red de sensores inalámbricos. Estos ataques pueden tratar de interferir la radio o pueden tratar de sobrecargar un proceso como acuses de recibo de paquetesdispositivos WirelessHART pueden informar de las condiciones anómalas que pueden indicar un ataque de denegación de servicio, como los contadores de tráfico, retransmisiones, etc.
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• Los dispositivos Wireless HART pueden ser enrutadores de red o fuentes de datos configurable por el usuario sólo ‐ ‐ pero sólo los mensajes que se autentican se encaminan hacia adelante y descartada si no los controles de seguridad. • Los dispositivos Wireless HART no están autorizados para ser servidores de claves de red o los administradores de redes inalámbricas. Un punto importante a saber es que una red de sensores Wireless HART no implementa la pila de comunicaciones TCP / IP (Internet), y por lo tanto es explícitamente a salvo de los muchos ataques de piratas informáticos típicos. Se unen, las claves de red y de sesión se deben proporcionar al Administrador de Red de Wireless HART... y las llaves de unión deben proporcionarse a los dispositivos de red. Estas teclas se utilizan para la autenticación de dispositivos y el cifrado de datos en la red. El Director de Seguridad Wireless HART es responsable de la generación, el almacenamiento y la gestión de estas teclas. Hay un administrador de seguridad asociados con cada red Wireless HART. El administrador de seguridad puede ser una función centralizada en algunas redes de automatización de la planta, el servicio de más de una red Wireless HART y en algunos casos otras redes y aplicaciones
3.6.‐ Perspectiva general de Wireless HART
Al aumentar la necesidad de medidas adicionales de proceso, los usuarios buscan un método simple, fiable, seguro y rentable para entregar los nuevos valores de medición y controlar los sistemas sin la necesidad de correr más cables.
Con mejoras de procesos, ampliaciones de planta, los requisitos reglamentarios, los niveles de seguridad y las demandas de mediciones adicionales, los usuarios recurren a la tecnología inalámbrica para esa solución.
Con aproximadamente 30 millones de dispositivos HART instalados y en servicio en todo el mundo, la tecnología HART es el protocolo de comunicación más utilizado para la instrumentación de proceso inteligente.
Con la capacidad adicional de comunicación inalámbrica, el legado de los beneficios que esta tecnología de gran alcance proporciona continúa ofreciendo a los usuarios la visión operativa que necesitan para mantenerse competitivos.
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Respaldada por el poder de HART
Construida en base a normas probadas en la industria Creada por expertos en industria y tecnología Soporte de proveedores múltiples y dispositivos interoperables Usa dispositivos, herramientas y conocimientos existentes
Aplicaciones flexibles
Costos de instalación reducidos – ¡sin alambres! Monitoreo de procesos, control y gestión de activos Monitoreo de cumplimiento de salud, seguridad y medio ambiente
Respalda todas las fases del ciclo de vida de la planta
Rápido diseño, lanzamiento y puesta en servicio Un cambio rentable del mantenimiento programado al predictivo Página 80 | 119
Fácil diagnóstico e identificación y corrección de problemas
3.7.‐ Simple. Confiable. Segura.
A pesar de que millones de dispositivos HART están instalados en todo el mundo, en la mayoría de los casos la valiosa información que pueden proporcionar está atrapada en los dispositivos.
Se estima que en el 85% de todos los dispositivos HART instalados no es posible el acceso para entregar información de diagnóstico de los dispositivos, y que sólo se comunican los datos de las variables de proceso a través de la señal analógica de 4 a 20 mA. Esto es a menudo debido al costo y la dificultad de acceder a la información HART. La tecnología Wireless HART permite a los usuarios acceder a la gran cantidad de Página 81 | 119
información sin usar atrapada en estos dispositivos HART inteligentes instalados ‐85% de los dispositivos HART instalados. También proporciona una manera sencilla, fiable y segura de implementar nuevos puntos de medición y control sin los costes de cableado.
Simple.
Wireless HART es una tecnología robusta que es fácil de implementar. Permite a los usuarios obtener los beneficios rápida y fácilmente de la tecnología inalámbrica, mientras se mantiene la compatibilidad con los dispositivos, herramientas y sistemas HART. Fácil Instalación y puesta en servicio
Herramientas, flujo de trabajo y procedimientos familiares Múltiples opciones de energía Reducción de costos de instalación y alambrado Coexistencia con otras redes inalámbricas Respalda tanto topologías de estrella como de malla Añadir los dispositivos uno a la vez
Funciones automáticas de red
Auto‐organización y auto‐corrección Seguridad siempre activa Se ajusta al añadir nuevos instrumentos Se ajusta a los cambios de infraestructura de la planta
Confiable.
Las instalaciones industriales con infraestructuras densas, el movimiento frecuente de los grandes equipos, las condiciones cambiantes, o de numerosas fuentes de radio‐frecuencia y la interferencia electromagnética pueden tener problemas de comunicación. Wireless HART incluye varias características para proporcionar 99,9% de confiabilidad incorporada de punta a punta en todos los ambientes industriales. Radio estándar con salto de canal
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Las radios cumplen con los estándares IEEE 802.15.4‐2006 Licencia para banda de frecuencia libre de 2,4 GHz “Salta" canales para evitar la interferencia Ofrece alta fiabilidad en entornos de radio adversos
Coexistencia con otras redes inalámbricas
Evaluación de canal libre para canales disponibles Lista negra evita utilizar los canales usados frecuentemente Optimiza la amplitud de banda y tiempo de radio Sincronización de tiempo para mensajes puntuales
Red autocorregible
Ajusta las rutas de comunicación para rendimiento óptimo Monitorea rutas para degradación y se repara a sí misma Encuentra rutas alternas alrededor de obstrucciones Red de malla y múltiples puntos de acceso
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Segura.
WirelessHART emplea robustas medidas de seguridad para proteger la red y asegurar los datos en todo momento. Estas medidas incluyen las últimas técnicas de seguridad para proporcionar el máximo nivel de protección disponible.
Protege la información valiosa
Robusto, de varios niveles, seguridad siempre activa Cifrado AES de 128 bits estándar de la industria Clave de cifrado única para cada mensaje Integridad de los datos y autenticación de dispositivos Rotación de claves de cifrado utilizadas para unirse a la red
Protege la red inalámbrica
Salto de canales Niveles ajustables de potencia de transmisión. Múltiples niveles de claves de seguridad para el acceso Indicación de intentos de acceso fallido Página 84 | 119
Reporta fallas en la integridad de mensajes Reporta fallas de autenticación A salvo de ataques tipo Wi‐Fi a Internet
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3.8.‐Planificación de un Proyecto Wireless HART
1. Alcance del proyecto a. ¿Cuáles son los objetivos del proyecto? ‐ el monitoreo de PV, control no crítico o monitoreo de condiciones de instrumentos. La respuesta a esta pregunta afectará a los dispositivos que usted seleccione ‐ instrumentos a batería o adaptadores WirelessHART por ejemplo. Como parte del ámbito de aplicación, asegúrese de revisar el área de cobertura de la red, la densidad del área y la instrumentación primaria y secundaria.
2. Planificación de la red a. Hay varias maneras en que usted puede planear una red y asignar dispositivos.
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Son similares a las utilizadas en la asignación de instrumentos para tarjetas E/S en un PLC / controlador; sin embargo, hay algunas consideraciones nuevas tales como la colocación de la pasarela y las tasas de actualización.
b. WirelessHart podría tener poco impacto aquí; sin embargo, habrá algunas cosas que son nuevas. Por ejemplo, la hoja de datos del instrumento y el programa E/S tendrán que reflejar nueva información, tal como la identificación de Red ‐ Clave de acceso ‐ Frecuencia de actualización.
3. Integración de la unidad central a. Aquí el énfasis está en el uso de los protocolos existentes (Modbus ‐ Profibus) para la integración de la unidad central y las herramientas existentes para la configuración del instrumento. La nueva consideración es la seguridad ‐ ¡que está integrada!
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Colocación de dispositivos No olvide que ésta es una red de malla. Los instrumentos no necesitan estar dentro del rango de la pasarela, sino más bien sólo tienen que estar cerca de otro instrumento inalámbrico.
Consejos para la planificación de redes:
Localice los instrumentos en base a criterios de segmentación Verifique la cobertura a través del diagrama del sitio a escala Coloque los repetidores donde sea necesario La pasarela se puede trasladar a la planta (verifique si se necesita certificación) Si es necesario use una antena direccional o remota
Especificación de dispositivos
Los dispositivos Wireless HART son básicamente iguales cuando se trata de sus características inalámbricas. El dispositivo debe estar registrado en la Fundación lo que es un indicador de un buen diseño inalámbrico y la interoperabilidad con productos de otros proveedores. Verifique el alcance de la antena, ya que algunos dispositivos pueden ofrecer opciones de antena que alterará las suposiciones de distancia. Configuración de fábrica ‐ Decida si desea que el ID de red y la clave de combinación sean configuradas por su proveedor (si se ofrece).
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Puesta en servicio y comprobación
La planificación de una red Wireless HART es un proceso bastante sencillo. Las reglas de sentido común proporcionan la orientación para una instalación exitosa. Estas son cosas que recordar: Una computadora de mano o herramienta PC de HART le permitirá unir instrumentos a la red. Pasos – El Dispositivo Wireless HART
a. Instale la fuente de alimentación del dispositivo b. Ingrese el ID de red c. Ingrese la clave de acceso a la red d. Ajuste la tasa de actualización. e. Verifique la conexión del dispositivo a la red
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Pasos – Puesta en servicio de un dispositivo Wireless HART
. Verifique la operación del dispositivo 1. Verifique la etiqueta (TAG) del dispositivo 2. Verifique las unidades de ingeniería del dispositivo 3. Verifique la tasa de actualización PV 4. Revise el voltaje de la batería . Verifique la pasarela
1. Revise un mínimo de 5 conexiones directas 2. Compruebe el 25% de los dispositivos con conexiones directas en grandes redes con menos de 10% y agregue repetidores si es necesario
Puesta en servicio de una red Wireless HART
Después de poner en servicio todos los dispositivos, dé tiempo para optimizar la red (> 4 horas). Compruebe que cada dispositivo tenga por lo menos 3 vecinos y verifique la estabilidad de ruta a 60% mínimo. El aumento de la altura de la antena puede corregir muchas situaciones y añadir un repetidor si es necesario.
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Wireless Hart Es la solución de Emerson para aplicaciones Wireless industriales tanto de campo como planta
Basadas en estándares abiertos (Wireless HART) que garantizan la interoperabilidad entre los dispositivos de la red Permite reducir drásticamente los costos en ingeniería, materiales, aprovisionamiento, obra e instalación en los proyectos de medición Cuenta con gran variedad de tecnologías de medición.
En cuanto a las características de la red:
La Self‐Organizing Network se administra automáticamente a través de una red (mesh) de transmisores que funcionan además como repetidores Utilizamos fuentes de energía IS que junto con la tecnología de los transmisores (sleep mode) maximizan su vida útil Provee una forma simple de análisis e implementación sin Site Surveys, con herramientas de estimación de la solución.
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3.9.‐Mejores Prácticas
Cada dispositivo de campo tiene por lo menos 3 vecinos. El tercer vecino actuará como unidad de reserva si uno de los dos caminos principales se obstruye o no está disponible. Dispositivos (antena) montados > 0,5 m de cualquier superficie vertical. Dispositivos montados > 1,5 m del suelo. El 25% de los dispositivos de red deben tener una conexión directa a la pasarela en grandes redes.
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3.10.‐ Monitoreo Inalámbrico de variables de proceso Industrial
Por qué usar Tecnología Inalámbrica en su planta? • Minimizar Mantenimientos Innecesarios • Maximizar Eficiencia Operacional • Extender la Vida de sus activos • Optimizar Eficiencias en las Unidades de Proceso • Maximizar la Productividad del Personal • Experimentar el Poder de PlantWeb
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La Tecnología Inalámbrica puede resolver Retos Reales
Típico de Arquitectura industrial
La inteligencia predictiva en los dispositivos de la planta permite a los usuarios mejorar la calidad de producto, disminuir costos, reducir errores y haciendo la planta más fácil y segura de operar.
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Control Dispositivos Le permite tomar d decisiones para Le avisan si optimizar la las tomas están Válvulas obstruídas Le dice qué problemas hay en la instalación o problemas con el Software detects proceso que pueden vibrationAdmin. & de causar interrupción del provides lube oil servicio…y cómo analysisSoftware to que corregirlo. detectdetecta premature vibraciones y provee análisis de lubricante
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Aplicaciones en Industria
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Aplicaciones Industriales con monitoreo inalámbrico.
Sistemas de Monitoreo para almacenamiento en tanques
Monitoreo de Status para equipos de Seguridad
Wireless safety Shower and Eye Wash permite activar alarmas remotas en caso de emergencia o accidente con los operadores de un planta industrial.
Monitoreo de Equipo de Mantenimiento
Solución de monitoreo para aplicación para intercambiador de calor permite al personal programar el tiempo óptimo de mantenimiento para mantener la trasferencia de calor de manera eficiente.
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Proyectos en los que he participado.
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3.11 Portafolio de productos y variables relevantes para monitoreo Inalámbrico
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Conclusiones
La comunicación industrial Inalámbrica brinda nuevos recursos para soluciones de automatización altamente flexibles y eficientes, ya sea por WLAN, GSM/GPRS o Wireless Hart. En la actualidad los sistemas de control afrontan cambios y retos ocasionados por varios motivos, entre ellos la complejidad en los procesos de control en busca de una mejor calidad a menor precio en la producción y otra no tan evidente pero ha sido muy importante, la seguridad de los procesos productivos de tal forma que no represente riesgos para los operarios presentes en dichos procesos. En este contexto y de cierta forma buscando lograr estos objetivos, las redes inalámbricas han atraído la atención en los procesos de control, de manera que la industria de la automatización ha centrado sus mayores esfuerzos den el desarrollo de nuevos productos. Hasta hace muy poco las tecnologías Wireless de comunicación inalámbrica eran un caso raro en aplicaciones industriales. Después de todo, ¿Por qué usar canales canales inalámbricos dentro de una fábrica?. Actualmente se está implantando sin escepticismo esta tecnología, tanto en el nivel del consumidor como en el nivel industrial. La demanda de acceso a los datos en cualquier lugar y en cualquier momento ha llevado al desarrollo de nuevas aplicaciones, de muchas de las cuales se benefician los sistemas de controles industriales. En el mundo de la industria, la tecnología inalámbrica puede ayudar a reducir considerablemente costos de instalación y aumentar la productividad. Sin embargo algunos obstáculos han retrasado su difusión: La dependencia de dispositivos que operan con baterías, los problemas de disponibilidad de enlaces, zonas muertas, e incompatibilidad entre dispositivos. Emerson ofrece una solución tecnológica de nivel mundial ante estos retos. Hay un gran interés en la investigación continua y desarrollo de redes inalámbricas. En los sistemas de control en red, por ejemplo hay un gran interés en el desarrollo de la tecnología inalámbrica como un reemplazo potencial para la actual generación de redes cableadas industriales.
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Bibliografía
1.‐ Industrial Wireless Communication Abril 2012, Simatic Net Siemens AG Industry Sector , Postfach 4848 Alemania.
2.‐2014 Hart Communication Foundation Kentucky USA
3.‐ Transmisores de Presión Rosemount USA , Junio 2007 00825‐0109‐4802 Rosemount
4.‐ Redes Inalámbricas Marlon Fukunaga , 2011.
5.‐ DOCUMENTO IEEE “Redes Híbridas” 1992 Universidad de Aveiro, Portugal Rui T. Valadas, Adriano C. Moreira
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