De hoofdzaken van HART-communicatie en de IIoT

In een procesinstallatie die werkt met 4–20 mA/HART-instrumenten kunnen onverwachte situaties snel escaleren als de diagnosemogelijkheden over het hoofd worden gezien. Dit voorbeeldverhaal beschrijft een typische onderhoudssituatie:

Denk aan een dag met zware regenbuien. Het onderhoudsteam verwacht routinebewerkingen met minimale interventie. Dan treden er echter meerdere problemen tegelijkertijd op die onmiddellijke aandacht vragen. Het team krijgt ineens te maken met een kritisch niveaumetingsprobleem.

Een operator geeft aan dat een niveautransmitter fluctuerende meetwaarden geeft en dat het proces zonder betrouwbare niveau-informatie verloopt. De transmitter zit op een ver punt in de installatie, ver van de werkplaats, en deze kan alleen worden bereikt na een tocht door slechte weersomstandigheden.

Bij het bereiken van het instrument ontdekt de monteur dat lokale configuratie niet beschikbaar is. Voor een diagnose van het probleem is een procesconfigurator nodig - maar de batterij hiervan is leeg. De monteur is nu gedwongen om terug te keren om de tool op te laden en zich vervolgens weer richting instrument te begeven. Gedurende deze tijd loopt het proces verder zonder nauwkeurige niveaumeting en het bedieningspersoneel weet niet dat het niveau te ver gestegen is.

Uiteindelijk wordt de niveauschakelaar geactiveerd, waardoor het proces wordt gestopt en de productie tot stilstand komt. Hoewel het beveiligingssysteem goed heeft gewerkt, toont het incident een belangrijke zwakte: het ontbreken van directe diagnostische toegang verlengt de troubleshooting en zorgt voor onnodige downtime - een exemplarisch verhaal.

Klinkt bovenstaand voorbeeld bekend? Situaties zoals deze kunnen vaak snel worden opgelost door toegang tot instrumentgegevens direct van het veld. Zelfs als procesinstrumenten vertrouwen op analoge 4–20 mA-signalen zijn de meeste uitgerust met het HART-communicatieprotocol - maar in dit geval werd het niet gebruikt.

HART is geen nieuwe technologie, zoals de meesten van ons weten. Ondanks het feit dat er wereldwijd miljoenen HART-ondersteunde instrumenten in industrieën zijn geïnstalleerd, worden de grondbeginselen nog steeds niet door iedereen volledig begrepen.

HART staat voor Highway Addressable Remote Transducer, en het protocol werd halverwege de jaren tachtig geïntroduceerd. Het werd een open standaard in 1986, nadat het in eerste instantie bedrijfseigen was.

HART is een hybride protocol dat een digitaal signaal superponeert op het traditionele analoge 4–20 mA-signaal - een standaard die al tientallen jaren in gebruik is en in veel hedendaagse installaties gangbaar blijft.

Vanuit een technisch perspectief: HART gebruikt de Bell 202-standaard en gebruikt Frequency Shift Keying (FSK) bij 1200 bps. Twee frequenties staan voor binaire waarden: 1200 Hz voor “1” en 2200 Hz voor “0.” Hierdoor is communicatie mogelijk tussen master- en slave-instrumenten zonder dat het analoge signaal onderbroken wordt.

HART-ondersteunde procesinstrumenten leveren een vergelijkbaar niveau van diagnostische en operationele gegevens aan volledig digitale instrumenten. Het belangrijke verschil zit in de toegang tot deze gegevens. Digitale instrumenten verzenden hun informatie continu, ongeacht of deze actief wordt gebruikt. Daarentegen blijven veel HART-instrumenten in het veld met waardevolle opgesloten gegevens.

Alle instrumenten die het HART-communicatieprotocol gebruiken ondersteunen intelligent instrumentbeheer (IDM), vergelijkbaar met wat beschikbaar is bij PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus en andere digitale technologieën. Hoewel HART een multi-drop-modus voor het lezen van gegevens van meerdere instrumenten biedt, is deze methode langzaam en daarom niet breed geaccepteerd. Gelukkig zijn er alternatieve oplossingen voor het verkrijgen van deze belangrijke informatie zonder afhankelijk te zijn van multi-drop-configuraties.

Dus wat is het werkelijke verschil tussen HART- en volledig digitale veldbus-instrumenten? Wat betreft soort en kwaliteit van informatie - zoals instrumenttoestand en diagnosegegevens - is er vrijwel geen verschil. De standaard-installatie van HART-instrumenten betekent echter wel dat het besturingssysteem alleen het analoge 4–20 mA-signaal ontvangt, anders dan bij digitale netwerken, waar alle instrumentgegevens continu beschikbaar zijn.

Het goede nieuws is, dat moderne oplossingen, zowel bedraad als draadloos, nu efficiënte toegang tot HART-gegevens mogelijk maken en deze omzetten in toepasbare inzichten - zoals via een IIoT-ecosysteem als Endress+Hauser's Netilion.

Situaties zoals in voornoemd niveautransmitter-voorbeeld kunnen worden voorkomen door toepassing van moderne connectiviteitsmogelijkheden. Er zijn praktische manieren om IDM-gegevens te verzamelen van HART-ondersteunde procesinstrumenten zonder grote investeringen of uitgebreide installatie-aanpassingen.

1. WirelessHART-integratie: draadloos is een van de meest eenvoudige methoden voor het verzamelen van instrumentgegevens. Door toepassing van een WirelessHART-adapter bij bestaande procesinstrumenten kunnen gegevens worden verzonden naar een WirelessHART-gateway. Deze gateway - zoals de Fieldgate SWG70 van Endress+Hauser - kan vervolgens worden aangesloten op een edge device, waardoor een naadloze integratie met IIoT-cloudplatformen mogelijk is. Draadloze oplossingen worden al op veel plaatsen toegepast binnen industrieën en hebben zich bewezen in talloze toepassingen.

2. HART-gateways voor bedrade integratie Voor installaties waar de voorkeur wordt gegeven aan bedrade oplossingen, bieden HART-gateways een betrouwbare manier om gegevens te betrekken van de 4–20 mA-lus en deze aan te sluiten op IIoT-platformen als Netilion. Hoewel deze methode een wat hogere investering kan vergen dan bij draadloos, wordt de return on investment doorgaans binnen enkele maanden gerealiseerd. Een voorbeeld is de Fieldgate SFG250, een op ethernet gebaseerde HART-gateway die een eenvoudige en efficiënte methode vormt voor toegang tot instrumentgegevens en integratie hiervan in cloudsystemen. HART via ethernet is een van de meest effectieve manieren om waardevolle informatie te benutten zonder extra complexiteit voor dagelijkse bewerkingen.

Zoals aangetoond in de voorgaande voorbeelden, is IIoT niet zo vreemd of complex als het misschien lijkt. De voordelen van IIoT-diensten zijn duidelijk - de implementatie hiervan in uw installatie kan aanzienlijke operationele voordelen opleveren.

IIoT kan bijvoorbeeld een uitgebreid overzicht van uw installed base geven. Wist u, dat circa 30% van de assets in veel installaties al verouderd zijn? Met IIoT-diensten kunt u instrumenten eenvoudig handmatig of automatisch registreren via een edge device, waarbij een digitale tweeling wordt aangemaakt.

Eenmaal aangesloten bieden digital diensten als Netilion Analytics transparante inzichten via intuïtieve dashboards en afbeeldingen. Deze analysegegevens bevatten belangrijke informatie, zoals instrumentbeschikbaarheid en levensduurstatus, wat de complexiteit vermindert en het onderhoud stroomlijnt.

Een andere krachtige toepassing van IIoT in combinatie met het HART-communicatieprotocol is bewaking van de instrumenttoestand. Digitale diensten als Netilion Health leveren diagnose-informatie voor instrumenten van Endress+Hauser en van derden .

Of nu gebruik wordt gemaakt van bedrade of WirelessHART-connectiviteit, uw gateway kan verbinding maken met een edge device, dat veilig communiceert met de cloud. Dit maakt vanaf elke plaats toegang mogelijk tot informatie over de instrumenttoestand.

Het systeem toont de instrumentstatus op basis van NAMUR NE 107-normen. Als er een diagnosealarm of -storing is, kunt u inzoomen op gedetailleerde informatie voor identificatie van de oorzaak en correctieve acties. Historische gegevens zijn ook beschikbaar, die aangeven wanneer en hoe vaak gebeurtenissen zich hebben voorgedaan - waardoor u een duidelijk beeld krijgt van de asset-prestaties in de loop van de tijd.

Als een dergelijk toestandsbewakingssysteem was geïnstalleerd tijdens het hiervoor beschreven niveaumetings-incident, dan zou het probleem eerder ontdekt zijn, wat tijd had bespaard, niet-geplande downtime had voorkomen en kosten had verminderd.

Oftewel: IIoT maakt het installatiebeheer eenvoudiger, slimmer en efficiënter.