Det centrale ved HART-kommunikation og IIoT

I et procesanlæg, der arbejder med 4-20 mA/HART-instrumentering, kan uventede situationer hurtigt eskalere, hvis diagnosticeringsmulighederne overses. Denne eksempelhistorie opsummerer en typisk vedligeholdelsessituation:

Forestil dig en dag med kraftig regn. Vedligeholdelsesteamet forventer rutinemæssig drift med minimalt behov for indgreb. Men der opstår flere problemer på samme tid, som kræver øjeblikkelig opmærksomhed. Teamet står pludselig over for et kritisk problem med niveaumåling.

En operatør rapporterer, at en niveautransmitter giver svingende aflæsninger, og at processen kører uden pålidelige niveauoplysninger. Transmitteren er placeret et fjernt sted i anlægget, langt fra værkstedet, og for at få adgang til den skal man navigere gennem dårlige vejrforhold.

Da teknikeren når frem til enheden, opdager han, at den lokale konfiguration ikke er tilgængelig. For at diagnosticere problemet er der brug for en feltkonfigurator – men dens batteri er opbrugt. Denne forsinkelse tvinger teknikeren til at vende tilbage, genoplade værktøjet og tilgå instrumentet igen. I denne periode fortsætter processen uden nøjagtig niveaumåling, og operatørerne er ikke klar over, at niveauet er steget for meget.

I sidste ende aktiveres niveauafbryderen, hvilket lukker processen ned og standser produktionen. Selvom sikkerhedssystemet fungerer efter hensigten, fremhæver hændelsen en betydelig sårbarhed: Manglen på umiddelbar diagnostisk adgang forlænger fejlfindingen og bidrager til unødvendig nedetid – en eksempelhistorie.

Lyder eksemplet ovenfor bekendt? Situationer som denne kan ofte løses hurtigt ved at få adgang til enhedsdata direkte fra felten. Selv når feltenheder er afhængige af analoge 4-20 mA-signaler, er de fleste udstyret med HART-kommunikationsprotokollen – men i dette tilfælde blev den ikke udnyttet.

HART er ikke en ny teknologi, som de fleste af os ved. På trods af at der er installeret millioner af HART-aktiverede enheder på tværs af industrier verden over, er det stadig ikke alle, der forstår de grundlæggende principper.

HART står for Highway Addressable Remote Transducer, og protokollen blev introduceret i midten af 1980'erne. Den blev en åben standard i 1986 efter først at have været proprietær.

HART er en hybridprotokol, der overlejrer et digitalt signal på det traditionelle analoge 4-20 mA-signal – en standard, der har været i brug i årtier og stadig er udbredt i mange anlæg i dag.

Fra et teknisk perspektiv bruger HART Bell 202-standarden og anvender Frequency Shift Keying (FSK) ved 1200 bps. To frekvenser repræsenterer binære værdier: 1200 Hz for "1" og 2200 Hz for "0" Denne tilgang muliggør kommunikation mellem master- og slaveenheder uden at afbryde det analoge signal.

HART-aktiverede feltenheder giver et sammenligneligt niveau af diagnose- og driftsdata som fuldt digitale enheder. Den vigtigste forskel ligger i, hvordan man får adgang til disse data. Digitale enheder kommunikerer løbende deres informationer, uanset om de bruges aktivt eller ej. I modsætning hertil forbliver mange HART-enheder i felten med værdifulde data låst inde.

Alle enheder, der bruger HART-kommunikationsprotokollen, understøtter Intelligent Device Management (IDM) i lighed med det, der er tilgængeligt med PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus og andre digitale teknologier. Selvom HART tilbyder en multi-drop-tilstand til at læse data fra flere enheder, er denne metode langsom og derfor ikke særlig udbredt. Heldigvis findes der alternative løsninger til at udtrække denne vigtige information uden at være afhængig af multi-drop-konfigurationer.

Så hvad er den egentlige forskel på HART og fuldt digitale feltbus-enheder? Når det gælder typen og kvaliteten af information – som f.eks. enhedens helbredstilstand og diagnostik – er der stort set ingen forskel. Standardinstallationen af HART-enheder betyder dog typisk, at styresystemet kun modtager det analoge 4-20 mA-signal i modsætning til digitale netværk, hvor alle enhedsdata er tilgængelige hele tiden.

Den gode nyhed er, at moderne løsninger, både kablede og trådløse, nu giver effektiv adgang til HART-data og omdanner dem til brugbar viden – f.eks. gennem et IIoT-økosystem som Endress+Hausers Netilion.

Situationer som det tidligere nævnte eksempel med niveautransmitteren kan ofte undgås ved at udnytte moderne tilslutningsmuligheder. Der findes praktiske måder at hente IDM-data fra HART-aktiverede feltenheder på uden at skulle foretage store investeringer eller omfattende ændringer af anlægget.

1. WirelessHART-integration: Den trådløse metode er en af de letteste til indsamling af enhedsdata. Ved at føje en WirelessHART-adapter til eksisterende feltenheder kan data overføres til en WirelessHART-gateway. Denne gateway – f.eks. Fieldgate SWG70 fra Endress+Hauser – kan derefter forbindes med en edge-enhed, hvilket muliggør problemfri integration med IIoT-cloudplatforme. Trådløse løsninger er allerede udbredt på tværs af brancher og har vist sig at være effektive i mange sammenhænge.

2. HART-gateways til kablet integration Til anlæg, hvor kablede løsninger foretrækkes, tilbyder HART-gateways en pålidelig metode at udtrække data fra 4-20 mA-loopen og forbinde dem med IIoT-platforme som Netilion. Selv om denne tilgang kan indebære en lidt højere startinvestering sammenlignet med den trådløse metode, har investeringen typisk tjent sig selv hjem inden for et par måneder. Et eksempel er Fieldgate SFG250, der er en Ethernet-baseret HART-gateway, som giver en enkel og effektiv metode til at få adgang til enhedsdata og integrere dem i cloud-systemer. HART over Ethernet er en af de mest effektive måder at frigøre værdifuld information på uden at gøre den daglige drift mere kompleks.

Som det fremgår af de foregående eksempler, er IIoT ikke så fjernt eller komplekst, som det måske ser ud til. Fordelene ved IIoT-tjenester er tydelige – ved at implementere dem i dit anlæg, kan du få betydelige driftsmæssige fordele.

For eksempel kan IIoT give et omfattende overblik over din installerede base. Vidste du, at ca. 30 % af aktiverne i mange virksomheder allerede er forældede? Med IIoT-tjenester kan du nemt registrere enheder manuelt eller automatisk via en edge-enhed og dermed skabe en digital tvilling.

Når de er tilsluttet, giver digitale tjenester som Netilion Analytics gennemsigtig indsigt via intuitive dashboards og grafer. Disse analyser afslører vigtige oplysninger som f.eks. enhedens tilgængelighed og livscyklusstatus, hvilket reducerer kompleksiteten og strømliner vedligeholdelsesindsatsen.

En anden effektiv anvendelse af IIoT kombineret med HART-kommunikationsprotokollen er overvågning af enhedens helbredstilstand. Digitale tjenester som Netilion Health giver diagnostisk information til både Endress+Hauser og tredjepartsenheder.

Uanset om du bruger en kablet eller trådløs HART-forbindelse, kan din gateway oprette forbindelse med en edge-enhed, som kommunikerer sikkert med skyen. Det giver adgang til enhedens helbredsoplysninger overalt.

Systemet viser enhedsstatusser baseret på NAMUR NE 107-standarder. Når der opstår en diagnostisk advarsel eller fejl, kan du kigge nærmere på de detaljerede oplysninger for at identificere den grundlæggende årsag og foretage korrigerende handlinger. Historiske data er også tilgængelige og viser, hvornår og hvor ofte begivenheder fandt sted, hvilket giver dig et klart billede af aktivernes ydelser over tid.

Hvis et sådant helbredsovervågningssystem havde været på plads under den tidligere beskrevne hændelse med niveaumåling, kunne problemet have været opdaget tidligt, hvilket ville have sparet tid, forhindret ikke-planlagt nedetid og reduceret omkostningerne.

Kort sagt: IIoT gør anlægsstyring enklere, smartere og mere effektiv.