Det viktigste om HART-kommunikasjon og IIoT

I et prosessanlegg som opererer med 4–20 mA/HART-instrumentering, kan uventede situasjoner raskt eskalere hvis diagnostiske funksjoner overses. Dette eksemplet oppsummerer en typisk vedlikeholdssituasjon:

Tenk deg en dag med kraftig regnvær. Vedlikeholdsteamet forventer rutinemessige operasjoner med minimalt inngrep. Imidlertid oppstår flere problemer samtidig, som krever øyeblikkelig oppmerksomhet. Teamet står plutselig overfor et kritisk nivåmålingsproblem.

En operatør rapporterer at en nivåtransmitter gir svingende målinger, og prosessen kjører uten pålitelig nivåinformasjon. Transmitteren er plassert på et avsidesliggende sted i anlegget, langt fra verkstedet, og for å komme til den må man navigere gjennom ugunstige værforhold.

Når teknikeren når frem til enheten, oppdager han at lokal konfigurasjon ikke er tilgjengelig. For å diagnostisere problemet er det nødvendig med en feltkonfigurator – men batteriet er tomt. Denne forsinkelsen tvinger teknikeren til å returnere, lade verktøyet og besøke instrumentet på nytt. I løpet av denne tiden fortsetter prosessen uten nøyaktig nivåmåling, og operatørene er ikke klar over at nivået har steget for høyt.

Til slutt aktiveres nivåbryteren, som stenger prosessen og stopper produksjonen. Selv om sikkerhetssystemet fungerer som det skal, avdekker hendelsen en betydelig sårbarhet: mangelen på umiddelbar diagnostisk tilgang forlenger feilsøkingen og bidrar til unødvendig driftsstans – en eksemplarisk historie.

Høres eksemplet ovenfor kjent ut? Situasjoner som denne kan ofte løses raskt ved å få tilgang til enhetsdata direkte fra feltet. Selv når feltutstyr er avhengig av 4–20 mA analoge signaler, er de fleste utstyrt med HART-kommunikasjonsprotokollen – men i dette tilfellet ble den ikke brukt.

HART er ikke en ny teknologi, som de fleste av oss vet. Til tross for at millioner av HART-kompatible enheter er installert i bransjer over hele verden, er grunnleggende funksjoner fortsatt ikke fullt ut forstått av alle.

HART står for Highway Addressable Remote Transducer, og protokollen ble introdusert på midten av 1980-tallet. Den ble en åpen standard i 1986, etter å ha vært proprietær i begynnelsen.

HART er en hybridprotokoll som legger et digitalt signal over det tradisjonelle 4–20 mA analoge signalet – en standard som har vært i bruk i flere tiår og fortsatt er utbredt i mange anlegg i dag.

Fra et teknisk perspektiv bruker HART Bell 202-standarden og benytter Frequency Shift Keying (FSK) ved 1200 bps. To frekvenser representerer binære verdier: 1200 Hz for "1" og 2200 Hz for "0". Denne tilnærmingen muliggjør kommunikasjon mellom master- og slaveenheter uten å forstyrre det analoge signalet.

HART-kompatible feltutstyr gir et sammenlignbart nivå av diagnostiske og driftsdata som fullt digitale enheter. Den viktigste forskjellen ligger i hvordan disse dataene blir tilgjengelige. Digitale enheter kommuniserer kontinuerlig informasjonen sin, uavhengig av om den brukes aktivt. I motsetning til dette forblir mange HART-enheter i feltet med verdifulle data låst inne.

Alle enheter som bruker HART-kommunikasjonsprotokollen støtter Intelligent Device Management (IDM), som ligner på det som er tilgjengelig med PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus og andre digitale teknologier. HART tilbyr en multi-drop-modus for å lese data fra flere enheter, men denne metoden er treg og derfor ikke mye brukt. Heldigvis finnes det alternative løsninger for å hente ut denne viktige informasjonen uten å være avhengig av multi-drop-konfigurasjoner.

Så hva er den virkelige forskjellen mellom HART og helt digitale feltbussenheter? Når det gjelder type og kvalitet på informasjonen – for eksempel enhetens tilstand og diagnostikk – er det praktisk talt ingen forskjell. Imidlertid betyr standardinstallasjonen av HART-enheter vanligvis at kontrollsystemet bare mottar det analoge signalet 4–20 mA, i motsetning til digitale nettverk hvor all enhetsdata er kontinuerlig tilgjengelig.

Den gode nyheten er at moderne løsninger, både kablede og trådløse, nå gir effektiv tilgang til HART-data og omdanner dem til handlingsbar innsikt – for eksempel gjennom et IIoT-økosystem som Endress+Hausers Netilion.

Situasjoner som nivåtransmittereksemplet nevnt tidligere kan ofte unngås ved å utnytte moderne tilkoblingsmuligheter. Det finnes praktiske måter å hente IDM-data fra HART-kompatible feltapparater uten store investeringer eller omfattende modifikasjoner av anlegget.

1. WirelessHART-integrasjon: Trådløs er en av de enkleste metodene for å samle inn enhetsdata. Ved å legge til en WirelessHART-adapter til eksisterende feltutstyr, kan data overføres til en WirelessHART-gateway. Denne gatewayen – for eksempel Fieldgate SWG70 fra Endress+Hauser – kan deretter kobles til en edge-enhet, noe som muliggjør sømløs integrering med IIoT-skyplattformer. Trådløse løsninger er allerede tatt i bruk i mange bransjer og har vist seg å være effektive i en rekke anvendelser.

2. HART-gatewayer for kablet integrering For anlegg som foretrekker kablede løsninger, tilbyr HART-gatewayer en pålitelig måte å hente ut data fra 4–20 mA-sløyfen og koble den til IIoT-plattformer som Netilion. Selv om denne tilnærmingen kan innebære en litt høyere initialinvestering sammenlignet med trådløs, realiseres avkastningen på investeringen vanligvis i løpet av få måneder. Et eksempel er Fieldgate SFG250, en Ethernet-basert HART-gateway som gir en enkel og effektiv metode for å få tilgang til enhetsdata og integrere dem i skysystemer. HART over Ethernet er en av de mest effektive måtene å få tilgang til verdifull informasjon uten å gjøre den daglige driften mer komplisert.

Som vist i de tidligere eksemplene, er IIoT ikke så fjernt eller komplisert som det kan virke. Fordelene med IIoT-tjenester er klare – implementering av dem i anlegget kan gi betydelige driftsmessige fordeler.

For eksempel kan IIoT gi en omfattende oversikt over installert utstyr. Visste du at omtrent 30 % av ressursene i mange anlegg allerede er foreldet? Med IIoT-tjenester kan du enkelt registrere enheter manuelt eller automatisk via en edge-enhet, og dermed opprette en digital tvilling.

Når de er koblet til, gir digitale tjenester som Netilion Analytics transparent innsikt gjennom intuitive dashbord og grafer. Disse analysene avslører viktig informasjon, for eksempel enhetens tilgjengelighet og livssyklusstatus, noe som reduserer kompleksiteten og effektiviserer vedlikeholdsarbeidet.

En annen kraftig bruk av IIoT kombinert med HART-kommunikasjonsprotokollen er helseovervåking av enheter. Digitale tjenester som Netilion Health gir diagnostisk informasjon for både Endress+Hauser-enheter og enheter fra tredjeparter.

Uansett om du bruker kablet eller WirelessHART-tilkobling, kan gatewayen kobles til en edge-enhet som kommuniserer sikkert med skyen. Dette gir tilgang til helseinformasjon om enheter fra hvor som helst.

Systemet viser enhetsstatus basert på NAMUR NE 107-standarder. Når det oppstår en diagnostisk alarm eller feil, kan du gå i dybden på detaljert informasjon for å identifisere årsaken og korrigerende tiltak. Historiske data er også tilgjengelige, som viser når og hvor ofte hendelser har skjedd, slik at du får et klart bilde av utstyrets ytelse over tid.

Hadde et slikt helsemonitoreringssystem vært på plass under nivåmålingshendelsen beskrevet tidligere, kunne problemet blitt oppdaget tidlig, noe som ville spart tid, forhindret uplanlagt driftsstans og redusert kostnadene.

Kort sagt: IIoT gjør anleggsadministrasjonen enklere, smartere og mer effektiv.