用于HART设备的工业物联网IIoT

2020/12/14 16:25:06

引言：安装在现代过程工业工厂中的智能现场设备，例如温度传感器，压力计，液位传感器和流量计等，可以为工程师提供可靠的工厂健康信息。管理系统能够从这些现场设备收集信息，例如诊断数据，设备的状态信息和特定的设备参数，可以帮助组织计划其预测性维护方案。此信息有助于防止意外停机，减少停机时间并降低维护成本。为了使工程师能够最大程度地利用这种潜力来进行过程优化和降低成本，所有已安装的现场设备传送的数据必须透明并且可以安全使用。

| 数据可直接从现场发送到平板电脑

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为了监控和优化制造过程，运营团队使用通过云分布分析工具。来自现场设备的所有信息（例如资产管理，诊断和过程数据）均实时存储在此处。通过Web界面可实现界面可视化，并通过预装在平板电脑上的浏览器进行访问。无需预先配置，例如安装特殊应用，平板电脑可供立即使用。通过直观的用户界面可以实时访问所有数据。因此，维护人员始终可以清晰，全面地了解汇总信息，并可以使用此信息做出明智的决策，从而加快故障排除速度。

这只是基于工业4.0和IIoT支柱的众多可能应用场景之一。各种制造商的联网设备正在交换越来越多的数据。用户和经营者可以从中受益，他们甚至不需要成为工业通讯专家即可实施。

这样的描述场景将会在不久以后成为现实。但是，目前仍存在一些技术挑战：自动化技术。所有方案的共同点是将现场设备数据透明地集成到上层。在下游应用中，这是所有进一步处理，分析和可视化步骤的基础。为了确保不同设备的互操作性，必须指定和使用开放式通信标准，并且在设计新系统时可以考虑此要求。但是，现有工厂的情况有所不同。他们的通信体系结构不满足此基本要求，而它将成为未来应用程序的组成部分。

| 集成技术的现状

由于拥有大量专有解决方案，因此各种组织和研究机构迅速意识到了标准化的必要性，并基于开放的，与协议和供应商无关的体系结构开发了用于数据传输的集成技术，该技术将提供无缝衔接的互操作性和集成灵活性。不幸的是，他们无法就通用解决方案达成共识。如今，用户可以从以下集成技术中进行选择，每种集成技术都采用了不同的方法：

EDD（电子设备描述）–文本设备描述文件
FDT / DTM（现场设备工具，设备类型管理器）–具有集成用户界面的设备驱动程序
FDI（现场设备集成）–具有集成的可选用户界面的EDD

所有这些技术都有一个共同点：它们基于传统的自动化金字塔，并且在所有级别上都不透明。数据通过现场总线或HART从现场设备收集，并在SCADA级别转换以供应用程序使用。这些技术基于必须始终安装在终端设备上才能建立连接的软件产品。没有提供对数据进行进一步机器处理的准备。如果需要任何进一步的处理，可以使用专门修改的软件来完成，但这并不是标准的。

传统的自动化结构通常描绘为四层金字塔。这种结构已被证明很多年，并且具有很高的运行可靠性。另一方面，它不是很灵活或者足够开放，并不适合物联网和工业4.0的创新和新技术。Namur开放式体系结构（NOA）通过提供其他开放式接口来扩展现有结构。这些也使来自现场设备和控制器的数据可用于更高级别的监视和优化。

NOA概念使现有工厂和新工厂都可以有效利用未来的创新。基本思想是通过开放的OPC UA接口将数据从以前的自动化世界中导出到系统中，以进行监视和优化，而使核心自动化任务基本不受影响。另外，第二通信通道可以直接从现有现场设备访问信息。目前在NAMUR和ZVEI的联合工作组中指定了NOA。

有鉴于此，越来越多的用户和系统提供商开始关注HART-IP。HART-IP自2012年6月起成为HCF网络管理规范的一部分，可实现全厂范围的大规模解决方案，并提供设备与应用程序之间的高度互操作性。该协议在基于IP的网络（例如以太网和Wi-Fi）上运行，并在具有IPv4或IPv6的UDP和TCP上运行。HART IP应用层基于与4至20 mA HART协议相同的命令。

| 实施Namur开放架构

设备使开放的NOA接口可用于自动化结构的各个级别。该接口基于OPC UA，并使用标准化的信息模型（NOA信息模型）。使用嵌入式OPC UA服务器，此信息模型可以通过远程I / O系统（例如网关）来实现，或者在将来直接通过具有以太网连接的现场设备来实现。出于安全原因，对数据的访问应为只读。NOA二极管可确保如此。

借助smartLink DP，Softing提供了符合NOA的网关，该网关可通过PROFIBUS远程I / O从HART设备收集数据，并根据配套规范通过OPC UA进行访问。与dataFEED安全集成服务器结合使用后（该服务器将数据单方面传递给外界），Softing已经提供了NOA二极管的功能。

此外，集成到smartLinkDP中的HART-IP服务器可通过以太网透明访问HART现场设备。将来，可以使用任何HART-IP客户端（例如Emerson的AMS设备管理器或ProComSol的Android应用程序DevComDroid）通过此开放式通信标准对HART现场设备进行参数化，监控和评估。

通过与NAMUR和ZVEI合作，在2019年11月7日至8日的Namur年度股东大会上设立了所述应用案例的演示器。smartLink DP网关已于2020年4月发布。