HART通信和工业物联网的核心要点
简述
- 在许多加工厂中，HART通信协议仍是访问现有现场设备宝贵过程数据的关键资产。
- 技术变革固然存在挑战，特别是在将传统系统与现代平台集成时，但实现工业物联网连接的目标切实可行。
- 本文详述了HART通信协议如何持续提供宝贵洞察，探讨了如何使用现场HART设备并以经济高效的方式集成至工业物联网生态系统中的选项。
诊断的价值：HART工厂实例
在使用4...20 mA/HART仪表的加工厂中，若忽视诊断能力，意外情况可能迅速升级。此实例概况了典型维护情况：
想象这是一个暴雨天。维护团队期望在日常操作中实现极少干预。然而，多个问题却同时爆发，亟需立即处理。团队突遇重大物位测量故障。
操作员报告物位变送器读数不稳定，该过程在运行时无法获取可靠的物位信息。变送器位于工厂内的偏远点，远离车间，且抵达需克服恶劣天气条件。
抵达设备位置后，技术人员发现本地设置不可用。为了诊断问题，他们需要现场配置器，但其电量已耗尽。该延迟迫使技术人员不得不返回给工具充电，然后重新回到仪表处。在此期间，过程在缺乏准确物位测量的情况下持续运行，操作人员并未意识到物位已升至过高状态。
最终，限位开关开启，关闭过程并停止生产。虽然安全系统运行正常，但该事件却突显出一个重大隐患：缺乏即时诊断访问会延长故障排查时间，造成不必要的停机 - 这是一个典型案例。
什么是HART通信协议？
上述实例是否很熟悉？此类情况通常可通过直接从现场访问设备数据快速解决。即使现场设备依赖4...20 mA模拟量信号，大多数仍配备HART通信协议 - 但在本案例中，该协议并未被使用。
正如我们大多数人所知，HART并非一项新技术。尽管全球各行各业已安装了数百万台HART设备，但其基本原理尚未尽为人知。
HART表示可寻址远程传感器高速通道，该协议于20世纪80年代中期推出。其最初为专有技术，后于1986年成为开放标准。
HART是一种混合协议，它在传统的4...20 mA模拟信号上叠加数字信号，这一标准已沿用数十年，至今仍在许多工厂中广泛使用。
从技术角度而言，HART基于Bell 202频移键控标准（FSK）进行传送，速率为1200 bps。两种频率代表二进制值：1200 Hz表示“1”，2200 Hz表示“0”。这种方法能在不中断模拟信号的情况下，实现主从设备之间的通信。
HART与其他现场总线协议之间的区别是什么？
HART现场设备可提供媲美全数字设备的诊断与运行数据。主要区别在于数据获取方式。无论使用哪种方式，数字式设备都能持续传输其信息。相反，大量现场HART设备内的宝贵数据仍被困于设备之中。
所有使用HART通信协议的设备均支持智能设备管理（IDM），这与PROFIBUS、FOUNDATION Fieldbus和其他数字技术类似。HART提供多点模式，用于读取多台设备参数，但此方法效率低下，且未被广泛使用。幸运的是，我们无需依赖多点配置，也有替代方案可提取这些关键信息。
那么，HART和全数字式现场总线设备之间究竟有什么区别？就信息类型和质量而言，如设备健康状态和诊断信息，几乎无区别。然而，HART设备的标准安装方式表示控制系统仅接收4...20 mA模拟量信号，这不同于数字网络，其中所有设备数据均持续可用。
好消息是，无论有线还是无线现代解决方案，皆支持高效获取HART数据，进而将其转化为可行洞察，如通过Endress+Hauser Netilion工业物联网生态系统实现。
哪种HART接口适用于工业物联网生态系统？
像前文提到的物位变送器的情况，通常可利用现代连接选项加以避免。同时，确有一些切实可行的方法，无需重大投资或大规模工厂改造，即可从支持HART的现场设备中获取IDM数据。
1. WirelessHART集成：无线连接是收集设备参数的最简单的方法之一。通过为现有现场设备加装WirelessHART适配器，可将数据传输至WirelessHART网关。此网关（如Endress+Hauser的FieldgateSWG70）可连接至边缘设备，并与工业物联网云平台无缝集成。无线解决方案已在各行各业得到广泛应用，并在无数应用中证明了其有效性。
2. HART网关用于有线集成对于偏好运用有线解决方案的工厂而言，通过HART网关可以从4...20 mA回路中安全获取数据，并将其连接至工业物联网平台，如Netilion。同无线解决方案相比，此方案的初始投入成本虽然更高，但其投资回报通常在数月内即可实现。例如，Fieldgate SFG250，一种支持以太网协议的HART网关，提供了访问设备参数并将其集成至云系统中的简单高效方式。HART + Ethernet是在不增加日常运营复杂性的前提下，获取宝贵信息的最有效方法之一。
为什么要实施工业物联网生态系统?
如前例所示，工业物联网并没有看起来的那么遥远或复杂。工业物联网服务的优势显而易见，在工厂中实施此服务可以带来众多运营优势。
例如，工业物联网提供了已安装设备的完整概述。您是否知道，许多工厂中约30%的资产已经废弃？您可以使用工业物联网服务，手动或通过边缘设备自动注册设备，创建数字孪生体。
连接后，Netilion Analytics等数字服务通过直观易用的控制面板和图标提供透明化洞察。通过分析提供关键信息，如设备可用性和生命周期状态，降低复杂性并简化维护工作。
使用HART和工业物联网监测健康状态
工业物联网赋能HART协议的另一强大应用是设备健康状态监测。数字服务，如Netilion Health，可为Endress+Hauser和第三方设备提供诊断信息。
无论使用有线还是无线WirelessHART连接，网关均可连接边缘设备，并与云端安全通信。因此，可随时随地访问设备健康信息。
该系统遵照NAMUR NE 107标准显示设备状态。发生诊断警报或故障时，您可以查看详细信息，以确定故障根源，并采取补救措施。您还可获取历史数据，显示事件发生的具体时间与频率，为您清晰呈现资产随时间的性能变化。
若在前述物位测量事件发生时已配置此健康监测系统，问题便能及早发现，节省时间、避免计划外停机并降低成本。
总之：工业物联网使工厂管理更加简单、智能、高效。
