Visas diegimo kelias nuo lusto iki sistemos (3 dalis)
Šio dokumento tikslas – pateikti sistemų inžinieriams, aparatinės įrangos kūrėjams ir potencialiems sprendimų priėmėjams pramoninės automatizavimo srityje išsamų technologijų vadovą, apimantį lustų pasirinkimą, aparatinės įrangos projektavimą, protokolų rinkinio kūrimą ir sistemų integravimą. Jis padeda vietos įmonėms kurti nepriklausomas ir valdomas HART technologijos galimybes.
1 Tipiniai taikymo scenarijai
HART technologijos universalumas ir branda suteikė jai platų pritaikymo spektrą pramoninės automatikos srityje. Toliau pateikiami trys tipiškiausi taikymo scenarijai:
1.1 Procesų valdymas perdirbimo pramonėje
Apdorojimo pramonė, tokia kaip naftos chemijos pramonė, elektros energijos gamyba ir metalurgijos gamyba, yra tradiciškiausia ir pagrindinė HART technologijos taikymo sritis. DCS (paskirstytos valdymo sistemos) architektūroje HART išmanieji siųstuvai (temperatūrai, slėgiui, srautui ir lygiui) perduoda proceso kintamuosius (PV) į valdymo sistemą 4–20 mA signalais, tuo pačiu metu skaitmeniniu kanalu teikdami papildomą informaciją, pvz., įrenginio būseną, aplinkos temperatūrą ir antrąjį/trečiąjį proceso kintamuosius. Operatoriai gali nuotoliniu būdu atlikti matavimo intervalo koregavimus, nulinio taško kalibravimą ir kilpos bandymus iš valdymo patalpos, naudodami HART komunikatorių arba pagrindinę programinę įrangą, todėl nereikia eiti į pavojingą lauko aplinką.
Tipinė architektūra: Lauko HART prietaisas → Apsauginis barjeras / Izoliacinis barjeras → DCS įvesties/išvesties modulis (HART kanalas) → Valdymo tinklas → Inžinerinė stotis / Operatoriaus stotis. Pagrindiniai DCS tiekėjai, tokie kaip ABB, Siemens, Emerson ir Honeywell, teikia vietinį HART įvesties/išvesties modulių palaikymą.
1.2 Įrangos būklės stebėjimas ir prognozinė priežiūra
Pasinaudodamos įrangos savidiagnostikos informacija, perduodama per HART protokolą (įskaitant jutiklių poslinkį, elektroninių komponentų senėjimą, kilpos anomalijas ir kt.), kartu su pagrindinės programinės įrangos duomenų analizės galimybėmis, įmonės gali pasiekti paradigmos pokytį nuo reaguojančiosios priežiūros prie nuspėjamosios priežiūros. HART įrenginių periodiškai pateikiami antriniai kintamieji ir būsenos bitai teikia realaus laiko duomenų įvestis priežiūros sprendimų priėmimo sistemoms. Atlikus tendencijų analizę ir įspėjamuosius signalus pagal slenksčius, galima anksti aptikti galimus įrangos gedimus, taip sumažinant neplanuotus prastovų nuostolius.
1.3 Išmanieji prietaisai ir paskirstytieji jutiklių tinklai
HART daugiakanalio režime viena susuktos poros magistralė gali lygiagrečiai prijungti iki 15 išmaniųjų įrenginių (šiuolaikiniai išplėstiniai protokolai palaiko dar daugiau mazgų), suformuodama paskirstytą jutiklių tinklą, kuriame maitinimas ir ryšys tiekiami per vieną magistralę. Ši architektūra ypač tinka taikymams, kuriuose yra vietos apribojimų ir didelės kabelių tiesimo išlaidos, pvz., daugiataškiam lygio stebėjimui rezervuarų ūkiuose ir temperatūros pasiskirstymo matavimui vamzdynuose. HART-IP protokolo įdiegimas dar labiau leidžia sklandžiai integruoti HART įrenginius į Ethernet ir pramoninio daiktų interneto (IIoT) architektūras, palengvindamas įrenginių sujungimą tarp gamyklų ir geografinių regionų.
2 Konkurencinga alternatyva ir pramonės perspektyvos
Atsižvelgiant į didelius pokyčius pasaulinėje tiekimo grandinės aplinkoje ir spartėjančią pramonės savarankiškumo strategijų pažangą, itin konkurencingi alternatyvūs HART valdiklių ir protokolų sprendimai tapo svarbia pramoninės automatizavimo srities tema. Džiugu, kad „Microcyber“ atstovaujami gamintojai pasiekė didelių proveržių tokiose pagrindinėse srityse kaip HART valdikliai, protokolų paketų programinė įranga ir testavimo bei sertifikavimo įrankiai, siūlydami brandžias alternatyvas, pasižyminčias suderinamumu ir ekonomiškumu.
2.1 Veiklos rezultatų lyginamoji analizė
Du pagrindiniai „Microcyber“ valdikliai – HT5700 ir HT1200M – pasiekė masinę gamybą ir plataus masto taikymą, išlaikę griežtus pramoninės praktikos patikrinimus.
HT5700 ir AD5700: Šis modulis pasižymi visiškai suderinama registrų architektūra ir kontaktų apibrėžimu, palaikydamas tiesioginį kontaktų pakeitimą ir leisdamas klientams atlikti vietinį pakeitimą nemodifikuojant spausdintinių plokščių dizaino. Ryšio našumo rodikliai (FSK dažnio nuokrypis, moduliacijos gylis, priėmimo jautrumas) atitinka HART fizinio sluoksnio specifikacijos reikalavimus, o darbinė temperatūra gali būti nuo -40 °C iki +125 °C. Vieneto kaina perkant urmu yra daugiau nei 50 % mažesnė, palyginti su importuotais sprendimais, o didelių užsakymų pristatymo laikas sutrumpintas nuo 12–16 savaičių (importuotų sprendimų atveju) iki 4–6 savaičių.
HT1200M ir A5191HRT: Šis modulis pasižymi visiškai suderinama registrų architektūra ir kontaktų apibrėžimu, palaikydamas tiesioginį kontaktų pakeitimą ir leisdamas klientams atlikti pakeitimą vietoje nemodifikuojant PCB dizaino. Ryšio našumo rodikliai (FSK dažnio nuokrypis, moduliacijos gylis, priėmimo jautrumas) atitinka HART fizinio sluoksnio specifikacijos reikalavimus, o darbinė temperatūra gali būti nuo -40 °C iki +85 °C, todėl ją galima naudoti pramoninėse plačiose temperatūrose. Vieneto kaina perkant urmu yra daugiau nei 50 % mažesnė, palyginti su importuotais sprendimais, o didelių užsakymų pristatymo laikas sutrumpintas nuo 12–16 savaičių (importuotų sprendimų atveju) iki 4–6 savaičių.
2.2 Saugios ir autonominės tiekimo grandinės
Konkurencingo HART alternatyvaus sprendimo pasirinkimo vertė gerokai viršija sąnaudų optimizavimą. Dabartinėje didelio neapibrėžtumo pasaulinėje puslaidininkių tiekimo grandinėje aplinkoje tokie alternatyvūs sprendimai suteikia tris strateginio užtikrinimo lygius: tiekimo tęstinumo užtikrinimą (be eksporto kontrolės poveikio konkrečiuose regionuose), techninės pagalbos reagavimo užtikrinimą (lokalizuotas FAE komandas, kurios reaguoja į įvykį per 48 valandas vietoje) ir technologijų plėtros bendradarbiavimo užtikrinimą (funkcinis pritaikymas ir protokolo išplėtimas pagal klientų reikalavimus). Svarbiausioms infrastruktūros sektoriams, tokiems kaip energetika, chemija ir vandens išteklių valdymas, HART sprendimas, užtikrinantis tiekimo grandinės atsparumą, turi nepakeičiamą strateginę reikšmę.
2.3 Technologijų evoliucijos tendencijos ir numatymas
Žvelgiant į ateitį, HART technologija nuolat vystosi šiomis trimis kryptimis, suteikdama pramoninės automatikos sričiai naują gyvybingumą:
Gilus laidinių ir belaidžių technologijų integravimas: „WirelessHART“ (IEC 62591) yra pagrįstas belaidžiu standartu IEEE 802.15.4, paveldi HART protokolo komandų struktūrą ir taikymo sluoksnio ekosistemą, tuo pačiu pašalindamas laidų sujungimo apribojimus. HART-IP protokolas taip pat leidžia sklandžiai sujungti laidinį HART, „WirelessHART“ ir Ethernet, užtikrindamas vieningą įrenginių prieigos sluoksnį pramoniniam daiktų internetui (IIoT).
Mažos energijos sąnaudos ir energijos autonomiškumas: Tobulėjant energijos kaupimo technologijoms (termoelektrinėms, vibracijos, radijo dažnių energijos), naujos kartos HART įrenginiai vystosi link „be baterijų“ arba „itin ilgo baterijų veikimo“ krypčių. Mažos galios HART valdiklio (pvz., AD5700, kurio miego srovė < 2 μA) ir energijos požiūriu optimizuotų protokolų stekų derinys leidžia lauko įrenginiams pasiekti ilgalaikį autonominį veikimą, pagrįstą energijos kaupimu.
Gili integracija į pramoninį daiktų internetą (IIoT): HART įrenginiai jungiasi prie pramoninių interneto protokolų, tokių kaip OPC UA ir MQTT, per HART-IP šliuzus arba belaidžius HART šliuzus ir tampa duomenų šaltiniu skaitmeniniams dvyniams, dirbtinio intelekto analizei ir debesijos pagrindu veikiančioms operacijoms bei priežiūrai. HART įrenginių aprašymų (DD) ir FDI (lauko įrenginių integracijos) standarto suvienijimas užtikrina įrenginių informacijos modelių nuoseklumą ir sąveikumą skirtingose platformose.
Išvada
Turėdamas unikalią dviejų režimų architektūrą „"analog + digital"“, keturis dešimtmečius trukusį pramoninių įrenginių patvirtinimą, daugiau nei 40 milijonų įrenginių pasaulinę įdiegtą bazę ir visą ekosistemą – nuo valdiklių iki sistemų, – HART protokolas neabejotinai yra viena iš brandžiausių ir patikimiausių lauko ryšio technologijų pramoninės automatizavimo srityje. Istoriniame pramonės skaitmeninės transformacijos procese HART technologija suteikia ne tik patį ryšio protokolą, bet ir laipsniško atnaujinimo kelią, kuris subalansuoja ekonomiškumą ir pažangą, leisdamas įmonėms apsaugoti esamas investicijas ir tuo pačiu metu palaipsniui žengti link naujos skaitmeninimo ir intelekto eros.
Žvelgiant į ateitį, plačiai diegiant „WirelessHART“, plačiai taikant HART-IP ir giliai integruojant su pramoninėmis daiktų interneto platformomis, HART technologija ir toliau įgaus naują gyvybingumą. Kiekvienam pramoninės automatizavimo srities inžinieriui ir sprendimų priėmėjui gilus HART technologijos įvaldymas – nuo lustų parinkimo iki sistemų integravimo – yra ne tik techninis dabartinių projektų sėkmės pagrindas, bet ir pagrindinis konkurencinis kompetencijos veiksnys ateities pramoninio intelekto eroje.
