HART-IP levert een nieuw standaardprotocol dat zorgt voor efficiënte integratie bij het implementeren van ­WirelessHART gateways of bij het toevoegen van HART multiplexers aan een bestaande infrastructuur. Met HART-IP wordt het ook mogelijk om HART data in assetmanagementtoepassingen te integreren, maar hiervoor is nog wel een fysieke tussenlaag (APL) nodig.

Tekst: Zhu Yajun

HART-IP biedt de mogelijkheid om WirelessHART gateways en HART multiplexers efficiënt te integreren in de besturingssystemen van bestaande en nieuwe procesinstallaties. Met HART-IP kunnen data ook verticaal geïntegreerd worden, vanuit proces­apparatuur naar de controlekamer. Het HART protocol kan via ethernet, wifi of andere netwerkmedia worden uitgevoerd en geeft toegang tot de proces­variabelen van een apparaat, maar ondersteunt ook de parametrisering daarvan en geavanceerde diagnostiek. Dit betekent dat HART-IP een belangrijke rol kan spelen in het Internet of Things in procesinstallaties.

Systeemintegratie

Systeemintegratie met traditionele PLC protocollen stuit op zijn grenzen. Het in kaart brengen van één enkele variabele per apparaat vanuit een PLC of RTU Modbus-register om visualisatiesoftware mee te voeden, is nog te doen, maar het in kaart brengen van dynamische variabelen uit multivariabele apparaten in Modbus-registers of OPC-groepen en -items kost tijd en is foutgevoelig. Die registers en items zijn ongeschikt voor Intelligent Device Management (IDM)-software als onderdeel van assetmanagementsystemen. Hiervoor zijn intelligente HART apparaten nodig die zowel centrale configuratie steunen als diagnostische en accubewaking. Intelligente apparaatbeheersoftware is een betere oplossing voor fabrieksbrede netwerken.

End-to-end communicatie

HART-IP biedt fabrieksbrede, grootschalige oplossingen en interoperabiliteit tussen apparaten en toepassingen. Het protocol loopt via IP-gebaseerde netwerken, zoals ethernet en wifi, en werkt via UDP (User Datagram Protocol) en TCP (Transmission Control Protocol) met IPv4 (Internet Protocol Version 4) of IPv6. De HART-IP applicatielaag is gebaseerd op dezelfde commando’s als 4-20 mA/HART en WirelessHART. Proces- en IT-data kunnen over een gemeenschappelijk medium worden verzonden. De beschikbare adresruimte is groot met een bijna onbeperkt aantal deelnemers. Cascadeschakelaars maken het mogelijk om enorme netwerken te creëren. Daarnaast kunnen grotere hoeveelheden data efficiënt worden overgedragen en verschillende transmissiemedia (koper, optische vezels, radio) worden gecombineerd. Door het gebruik van IP-gebaseerde communicatie kunnen meerdere protocollen hetzelfde netwerk delen, elk met zijn specifieke toepassing. Hierdoor kan HART-IP naast IT-protocollen en andere industriële ethernetprotocollen, zoals HTTP, ethernet/IP of PROFINET, bestaan. Er is geen specifieke infrastructuur nodig. Gespecialiseerde toepassingen, zoals software voor de bewaking van condenspotten of de ‘gezondheid’ van machines maken al gebruik van HART-IP om toegang te krijgen tot de data van apparatuur. Op termijn wordt verwacht dat besturingssystemen en automatiseringsoplossingen via HART-IP toegang zullen krijgen tot HART. Ook is het denkbaar dat HART-IP apparaten zullen worden gebruikt voor naadloze verticale integratie in fabrieken. Sommige apparaten, zoals flowmeters, ondersteunen ethernet nu al.

Nog niet geschikt

Maar veel apparaten, zoals transmitters, analyzers en kleppen, hebben nog geen ethernet-connectiviteit en zullen voorlopig gebruik blijven maken van 4-20 mA/HART, veldbus of WirelessHART. Om diverse redenen kan HART-IP deze protocollen op apparaatniveau nog niet vervangen: • Het bereik van koper-ethernet is te beperkt. • Glasvezel ethernet levert geen stroom. • Power over Ethernet (PoE) is tot nu toe nog niet intrinsiek veilig. • Met duizenden transmitters en kleppen in een installatie moeten er te veel LAN switches geïnstalleerd worden om het economisch interessant te maken. • Glasvezel ethernet maakt vervanging van apparaten en de daaropvolgende kalibratie onpraktisch. • TCP/IP vereist betrokkenheid van IT-afdelingen bij cybersecurity.

Geavanceerde fysieke laag

Het wachten is op de doorbraak van ethernet Advanced Physical Layer (APL). APL is Single Pair Ethernet (SPE) en omzeilt de beperkingen van 4-20 mA. Het gaat om een fysieke laag voor ethernet communicatietechnologie, specifiek ontworpen om te voldoen aan de eisen van de procesindustrie, zoals de behoefte aan snelle, lange-afstandscommunicatie, de behoefte om stroom- en communicatiesignalen te leveren over een enkele tweedraadskabel, en de behoefte om een veilige werking te garanderen binnen potentieel explosieve omgevingen. Ethernet APL is ontwikkeld als ontbrekende schakel tussen ethernet en industrial ethernet, de variant die gebruikt wordt in de procesindustrie. Met APL kan via ethernet ook met veldinstrumenten gecommuniceerd worden en dit maakt gebruik van HART-IP, Ethernet/IP en Profinet mogelijk. HART-IP zal vermoedelijk vooral intern gebruikt gaan worden; wordt het extern gebruikt, dan zijn veiligheidsmaatregelen zoals firewalls, VPN tunneling, Secure Socket Layer (SSL) en authenticatie op afstand nodig.

Namur Open Architecture

Namur Open Architecture is een andere stimulans om het gebruik van HART-IP te bevorderen. De klassieke automatiseringspiramide biedt veel bedrijfszekerheid, maar mist de flexibiliteit die nodig is voor Industry 4.0 oplossingen. Met het Namur Open Architecture-concept en een open OPC UA interface kunnen data uit een oudere automatiseringswereld geëxporteerd worden naar de systeemwereld voor bewakings- en optimalisatiedoeleinden, waarbij de kerntaken grotendeels onaangetast blijven. Daarnaast kan een tweede communicatiekanaal direct toegang krijgen tot informatie van bestaande veldapparatuur. In verband hiermee richten steeds meer gebruikers en systeemaanbieders zich nu op HART-IP als een extra open interface.

Industrie 4.0 toepassingen

HART-IP is het meest geschikte backhaulnetwerk voor WirelessHART gateways en HART infrastructuurcomponenten, aangezien beide dezelfde applicatielaag hebben, waardoor tijdrovende en foutgevoelige datamapping (als voor Modbus of OPC) wordt vermeden. HART-IP is eenvoudig te implementeren omdat het gebruik maakt van (bestaande) ethernet infrastructuur. Bestaande intelligente software voor apparaatbeheer kan worden geüpgraded naar de nieuwste versie die HART-IP en de onderliggende WirelessHART gateways ondersteunt.

Data-uitwisseling

HART-IP is niet revolutionair nieuw, maar is wel cruciaal voor een betere en simpelere data- en informatie-uitwisseling in procesinstallaties, één van de basisvereisten voor de implementatie van Industrie 4.0 toepassingen. Met deze slimme koppelingsoplossing biedt Softing een NOA-conforme gateway die data van HART apparaten via PROFIBUS remote I/O’s verzamelt en die via OPC UA beschikbaar stelt volgens de bijbehorende specificaties. Bovendien biedt een in smartLink DP geïntegreerde HART-IP-server transparant toegang tot HART veldapparaten via ethernet. In de toekomst zal het mogelijk zijn om elke HART-IP client te gebruiken, zoals Emerson’s AMS Device Manager of ProComSol’s DevComDroid Android app, om via deze open communicatiestandaard parameters te kunnen instellen en HART-veld­apparatuur te monitoren en evalueren. ●

HART

HART (Highway Addressable Remote Transducer) is een protocol waarmee slimme veldinstrumentatie in de procestechniek aangestuurd kan worden. Het protocol maakt gebruik van een digitaal signaal dat op het conventionele 4-20 mA signaal gemoduleerd wordt en waarmee in twee richtingen gecommuniceerd kan worden. Hierdoor blijft het mogelijk HART-instrumentatie te gebruiken met oudere apparatuur; nieuwe apparatuur kan echter gebruikmaken van de nieuwe functionaliteit.

HART-IP technologie

• Eenvoudig te implementeren door ­gebruik te maken van bestaande Ethernet ­infrastructuur • Gestandaardiseerd gebruik in de gehele procesinstallatie • Intelligent apparaatbeheer via Ethernet of wifi • Bedrijfsbrede toegang tot apparaat­gegevens en diagnostische informatie over de apparaatconditie en procesgegevens zonder mapping • Ondersteunt proactieve onderhouds­strategie door snelle toegang tot ­diagnostische gegevens • Sluit aan op gestandaardiseerde encryptieprotocollen voor datatransport.