پروتکل HART درعرصه Industry

نگارنده در این مقاله به نقشی که پروتکل فراگیر و پرکاربرد HART ممکن است در کارخانه ها و پلنت های فرآیندی آینده بازی کند، در حالی که بیشتر بنگاه های اقتصادی به دنبال بهره مندی از مزایای تعهد شده به وسیله ی 4.0 Industry هستند. پرداخته است.

مقدمه

پروتکل ارتباطی HART را با بیش از ۴۰ میلیون دستگاه ابزار دقیق نصب شده در محیط های صنعتی و پشتیبانی از آن توسط تامین کنندگان پیشرو ابزار دقیق می توان بزرگ ترین فناوری ارتباطی دیجیتال نامید که امروزه در صنایع فرآیندی مورد استفاده قرار می گیرد.

توانایی اصلی پروتکل HART برقراری ارتباط روی حلقه های جریانی آنالوگ 4-20  mA  می باشد که این ویژگی موجب حفظ سرمایه گذاریهای انجام شده بر روی در دستگاه های آنالوگ از قبل نصب شده می شود.

افزون بر این ویژگی، امروزه فناوریHART توانمندی های بسیاری را عرضه می کند و پتانسیل زیادی در دیجیتال کردن پلنت ها و حرکت به سمت کارخانه های هوشمندتر و 4.0 Industry دارد.

حتی اگر منظور از بکارگیری HART بیشتر برای تنظیم پارامترهای وسیله های  فیلد باشد با بهره گیری از تجهیزات مناسب میتواند عملیاتی چون پایش پیوسته عیب یابی بی درنگ و جمع آوری اطلاعات چند متغیره ی فرآیند را برای وسیله های فیلد قدیمی و جدید ممکن سازد.

آقای تد اشتار مدیر مهندسی بخش Rosemount Wireless در    Emerson Automation در این ارتباط می گوید :

«پروتکل HART در موقعیت خوبی جهت کمک به تحقق چشم انداز 4.0 Industry قرار دارد. در حالی که پروتکل HART مدتهاست که در عرصه ی صنعت حضور دارد اما گویی جهت تحقق مفاهیم اساسی که ستون و پایه های 4.0 Industry می باشند طراحی شده است. در ضمن پروتکل HART بی سیم جهت فراهم کردن ارتباطات بی سیم با توان بسیار پایین قابل اعتماد و امن برای اندازه گیری های سطح فیلد و تجهیزات کنترل طراحی شده است.»

تجهیزات HART به خودی خود ابزاری کلیدی برای عملیات نگهداری و تعمیر در پلنتها هستند. یک عنصر مهم پروتکل HART توانایی آن در برقراری ارتباط مؤثر بین وسیله و اطلاعات مربوط به سلامت وسیله ی فیلد با ایراتورها و تکنسینهای تعمیرات میباشد. این پروتکل اجازه می دهد تا اطلاعات درست در زمان مناسب در اختیار شخص مرتبط قرار گیرد.

HART هم چنین برای ایجاد توازن بین فواید استاندارد سازی و نیاز برای سفارشی سازی انواع خاصی از وسایل طراحی شده است. این امر قابلیت همکاری و تبادل داده را تضمین و انعطاف پذیری جهت پشتیبانی از وسیله های فیلد نوآورانه و جدید همچون پایشگرهای فراصوت بیسیم که برای کشف حادثه در تجهیزات پلنت های حیاتی استفاده می شود را فراهم می آورد.

آقای اشنار در این مورد میگوید:

«بسیاری از مشتریان در حالی که در حال عزیمت به انقلاب صنعتی جدید می باشند همچنان مبادرت به استفاده از پروتکل HART می نمایند زیرا اثبات شده است که این پروتکل برای انجام وظایفی که عصر جدید صنعتی از آنها انتظار دارد بسیار مناسب است. پروتکل Wireless HART این امکان را به استفاده کنندگان داده است تا ایمنی و راندمان عملکرد خود را با هزینه های بسیار پایین تر نسبیت به راه حل های قدیمی بی سیم افزایش دهند.»

مثال هایی که میتوان در این مورد به آن ها اشاره کرد شامل پایش و بهینه سازی عملکرد دارایی های حیاتی مانند تله های بخار، دوش های ایمنی،شیر های فشار شکن، مبدل های حرارت و پمپ ها می شود.

استفاده از راه حل های پایش که مجهز به Wireless HART شده اند این امکان را به استفاده کنندگان میدهد تا آگاهی حیاتی از عملکردشان به دست آورند که در گذشته این امر غیر ممکن و یا هزینه بر بود. این آگاهی یک جنبه ی کلیدی چشم انداز 4.0 Industry به حساب می آید.

یاستیان انحل، مدیر تیم بازاریابی فناوری برای راه حل های فرآیند Endress Hauser – نیز با این موضوع موافق است طبق اظهارات ایشان با حرکت رو به جلوی صنعت به سمت 4.0 Industry اهمیت ارتباطات بی سیم نیز افزایش می یابد. اگر نقاط اندازه گیری دور باشند و با دسترسی به آنها مشکل باشد Wireless HART فوق العاده مفید خواهد بود و می تواند عملکردهای بی سیم را به پروتکل HART اضافه کند و مقادیر اندازه گیری شده را انتقال و از همه عملکردهای ویژه ی HART به ویژه اطلاعات عیب یابی پشتیبانی کند.

اهمیت بالای داده ها

در ضمن Wireless HART می تواند به آسانی با زیر بناهای موجود هماهنگ شود.

برای اثبات این که داده های به دست آمده از وسایل فیلد مجهز به HART چقدر می تواند برای فرایند مهم باشد. مثالی از یک شیر ساده را می آرویم غالبا فقط سؤال این نیست که شیر چند وقت یک بار عمل میکند بلکه سؤال این است که چقدر طول میکند تا شیر باز شود. اگر بازه ی زمانی باز شدن شیر طولانی تر شود ممکن است این نشانه ای از فرسودگی آن باشد. زمان های مناسب برای نگهداری و جایگزینی نیز مطرح می باشند. در حالی که جایگزینی پیش از موقع باعث افزایش هزینه ها می گردد نگهداری و جایگزینی دیرهنگام نیز میتواند بسیار پایین تر نسبیت به راه حل های قدیمی باعث خرابی کل سامانه شود.

سابرینا ویلند مدیر بازاریابی محصول در Pepperl + Fuchs با این قضیه موافق است که HART یک عنصر مهم برای پروژه یIndustry 4.0 می باشد. هنگامی که یک وسیله را جهت بازگاری با Industry 4.0 به روز می کنیم، به عنوان یک سامانه ی I/O راه دور، به عنوان یک سامانه ی کنترلی جدید با پروتکل های ارتباطی مانند PROFIBUS ، PROFINET، Modbus RTU، Modbus TCP کار خواهد کرد.

سامانه ی I/O راه دور جایگزین اتصال نقطه به نقطه بین وسایل فیلد و سطح های کنترل میشود و حرکت به سمت یک پروتکل ارتباط شبکه ای را ممکن می سازد. در ضمن تنها اتصال از سامانه ی کنترل به 10 راه دور یک پروتکل میباشد و کابل کشی موجود از 10 راه دور به وسیله های فیلد باقی می ماند. فایده ی آن این است که اپراتورها می توانند. ساختار موجود را با HART و4-20mA و با همه مزایای آن حفظ کنند.

به موازات PROFINET یا MODBUS TCP یک سری ارتباط بر پایه ی اترنت با سامانه ی کنترل وجود دارد و میتوان HART IP از طریق PROFINET  را به عنوان مثالی از آن نام برد. دسترسی مستقیم به وسایل فیلد نیز از طریق HART IP ممکن می باشد.

به علاوه یک OPC UA Server می تواند. به یک دروازه ی I/O راه دور وصل شود. OPC UA ارتباط استاندارد شده ای را بر طبق 62541 IEC با یک ظرفیت بالای داده برای سامانه های مختلف عرضه می کند. اپراتور قادر خواهد بود تا انتخاب کند داده از طریق HART قابل دسترسی باشد و یا از طریق پروتکل های دیگر بتوان بدان دسترسی داشت.

ویلند ادامه می دهد: «اگر اپراتور فقط نیاز به اطلاعات بیشتر از وسایل فیلد برای 4.0 Industry داشته باشد، بدون مدرن سازی دستگاه، این امر می تواند به آسانی از طریق یک مالتی پلکسر HART که از طریق یک واسط RS485 به سامانه ی کنترلی وصل شده است انجام شود. مالتی پلکسر میتواند حداکثر تا ۳۲ حلقه در فیلد را در بر گیرد و می تواند داده های HART را از وسیله ها درخواست کند. این راه حلی بسیار مقرون به صرفه می باشد زیرا قیمت یک حلقه کمتر از ۱۰۰ یورو خواهد بود.

مالتی پلکسر هم چنین تضمین می کند. که یک درخواست از سامانه مدیریت دارایی فرستاده شده است. این متغیر میتواند با OPCUA جهت دستیابی به داده از طریق اینترفیس سریال استفاده شود و در مواقع نیاز آن را توزیع نماید.

راحت تر کردن زندگی

چند وقت پیش یک کاربر نهایی تماسی با فروشندگان محصول داشت تا زندگی را برای استفاده کنندگان وسایل HART در سه منطقه ی خاص راحت تر کند نرم افزار ساده شده و یکسان سازی شده ی یکپارچه سازی وسیله ها کاهش پیچیدگی های وسیله برای قابلیت ها و عملکردهای اساسی و توانایی های عیب یابی ساده شده ی وسیله بر اساس  استاندارد    NAMUR NE 10

امروزه فروشندگان به اثبات تعهدشان در تسهیل استفاده نگهداری و پیکربندی وسیله ها میپردازند. در واقع آسان تر کردن کار با دستگاها با سرمایه گذاری در کارهای ابتکاری جدید مثل FDI (یکپارچه سازی وسیله های فیلد) صورت می پذیرد. هدف اولیه ی سرمایه گذاری بر روی ابتکارات جدید، تولید ابزارهای کاربرپسند و با طول عمر بالا می باشد که این امر مدیریت بر روی وسایل فیلد را در طول چرخه ی کاری شان آسان تر می کند.

ویلد بیشتر درباره ی FDI توضیح می دهد. “در گذشته هنگامی که یک ابزار اندازه گیری جدید با یک عملگر با فرآیند یکپارچه میشد کاربر EDDL یا FDT را به کار می گرفت. این بدان معنی بود که یک توصیف پارامتری مبتنی بر متن با یک واسط نرم افزاری چند متغیره ی استاندارد اجازه ی برنامه نویسی و توصیف توابع پیچیده و نمایش را می داد. در ضمن هیچ متغیری به تنهایی نمی تواند نیاز حال حاضر را وقتی قرار است توابع وسایل فیلد را یکپارچه کند برآورده سازد. از سوی دیگر FDI توصیف کاملی از یک وسیله در پکیج وسیله ی FDI فراهم می کند.این مورد به وسیله ی تولید کنندگان وسیله تامین میشود و شامل همه ی اطلاعات ضروری برای انجام یکپارچه سازی می باشد.”

پارامترهای وسیله از طریق یک مترجم EDDL توصیف میشوند و به وسیله ی عناصر گرافیکی پیچیده تکمیل می گردند. یک مزیت دیگر FDI این است که میتواند به آسانی با معماری سامانه ی موجود یکپارچه گردد. بنابراین یک FDI فعال باید برای وسایل جدید در دسترس باشد. در صورتی که پلنت مجهز به وسایل FDI در فیلد باشد سامانه های کنترل باید قادر باشند وسیله ها می پردازند. در واقع آسان تر کردن تا EDDL و FDT را درک کنند.

Endress + Hauser به طور فعال  بر روی استاندارد FDI به عنوان استاندارد جدید یکپارچه سازی با خصوصیات یکی شده با EDDL کار میکند. FDI در جستجوی فراهم کردن نگاه و احساسی یکسان برای همه ی وسایل مستقل از نوع وسیله سازنده و پروتکل ارتباطی میباشد

این شرکت بر روی مهم ترین تقاضای مشتری تمرکز میکند یعنی تشخیصهای معنی دار بر طبق 107 NE

بنابراین نسل بعدی سامانه های کنترل و ابزار دقیق با هدف استفاده ی آسان طراحی میشوند. در حالی که بعضی وسایل میتوانند بنا بر ضرورت خیلی پیچیده باشند. اما تولید کنندگان تلاش میکنند که این پیچیدگی ها را از دید کاربران مخفی نگه دارند. برای مثال شرکت Emerson در قسمت طراحی انسان محور (HCD) سرمایه گذاری کرده و مطالعاتی در بخش استاندارد برنامه های توسعه ی محصولات خود انجام داده است. این مطالعات همه ی جنبه های یک محصول و همه ی فازهای چرخه ی کاری آن از جمله راحتی در سفارش دادن نصب پیکره بندی و تعمیرات و نگهداری را شامل می شود.

سیل هشدارهای عیب یابی

در سالهای اخیر توجه زیادی به سیل هشدار عیب یابی شده است. این وضعیت میتواند نتیجه ی سلامت یک دستگاه باشد که تعداد متعددی آلارم های تشخیصی تولید میکند و میتواند باعث حواس پرتی و یا دستپاچگی اپراتور شود. امروزه سامانه های مدیریت دارایی به گونه ای طراحی میشوند نا هشدارهای عیب یابی را ساده تر کنند و تضمین کنند که اطلاعات صحیح در زمان مناسب به دست افراد متخصص می رسند.

اپراتورها نیازی ندارند تا جزییات همه چیز برای مثال خطاهای حافظه را نیز بدانند. بلکه آنها باید اطمینان یابند داده هایی که برای فرآیندهای حیاتی کنترل از آن استفاده میکنند قابل اعتماد هستند.

در ضمن منابع نگهداری وسیله نیاز به جزییاتی دارند تا بتوانند مسایل را بررسی و حل کنند. این امر با بکارگیری اصول کلی تعریف شده در NAMUR NE107 به دست می آید که پیشنهاد می کند هشدارها را طبقه بندی کنیم و از آن طبقه بندی ها استفاده کنیم تا مشخص شود چگونه با اپراتورها و افراد تعمیر کار ارتباط برقرار کنیم. آخرین نسخه ی پروتکل HART اصلاحاتی دارد که آن را با پیشنهادات 107 NE در قسمت طراحی انسان محور (HCD) هم تراز می کند.