Industrie 4.0 Implementierung für HART Geräte

Ein wesentliches Merkmal moderner Industrie 4.0-Lösungen ist die Vernetzung von Maschinen und Anlagen. Ist ein durchgängiger digitaler Datenfluss über alle Produktionsebenen gewährleistet, dann können Daten aus intelligenten Feldgeräten fundierte Erkenntnisse zum Anlagenzustand liefern. So lassen sich ungeplante Stillstände vermeiden, Ausfallzeiten reduzieren und Wartungskosten senken. Aber wie sieht das im Idealfall aus?

Im Idealfall werden Asset-, Diagnose- und Prozessdaten von Feldgeräten in Echtzeit vorgehalten und gelangen ohne Umwege aus dem Feld aufs Tablet. Das Instandhaltungspersonal hat jederzeit Zugriff auf aggregierte und verständliche Informationen und kann fundierte Entscheidungen zur Wartung treffen sowie auftretende Probleme schneller lösen. Um dies zu realisieren, müssen:

• Daten aus Feldgeräten transparent in höhere Schichten integriert werden, damit sie für weitere Verarbeitungs-, Analyse- und Visualisierungsschritte in nachgelagerten Applikationen zur Verfügung stehen. 
• Offene Kommunikationsstandards zur Anwendung kommen, damit die unterschiedlichen Geräte interoperabel sind. 

Aktuell stehen dem Endnutzer mehrere Integrationstechnologien mit unterschiedlichen Ansätzen zur Verfügung: 

• EDD (Electronic Device Description) 
• FDT/DTM (Field Device Tool, Device Type Manager)
• FDI (Field Device Integration) 

Sie basieren auf der klassischen Automatisierungspyramide und sind nicht für alle Schichten transparent zugänglich. Die Daten werden von Feldgeräten per Feldbus oder HART abgeholt und für Applikationen im SCADA-Level übersetzt. Diese Technologien basieren auf Softwareprodukten, die immer auf Endgeräten installiert sein müssen, um eine Verbindung aufbauen zu können. Eine weitere, maschinelle Verarbeitung ist nicht vorgesehen.

Die Struktur der klassischen Automatisierungspyramide bietet zwar eine hohe Betriebssicherheit, aber zu wenig Flexibilität für die Realisierung von neuen Technologien im Rahmen von Industrie 4.0-Lösungen. Deshalb hat die Normenarbeitsgemeinschaft für Mess- und Regeltechnik in der chemischen Industrie (Namur) mit dem Namur Open Architecture (NOA)-Konzept die bestehende Struktur durch eine offene OPC UA Schnittstelle erweitert. Das NOA-Konzept bietet die Möglichkeit, die Daten der bisherigen Automatisierungswelt in die Systemwelt für Monitoring- und Optimierungsaufgaben zu exportieren. Die Kernautomatisierung bleibt dabei weitgehend unverändert. Alternativ kann über einen zweiten Kommunikationskanal direkt auf die bestehenden Feldgeräte zugegriffen werden. 

Vor diesem Hintergrund rückt HART-IP als weitere offene Schnittstelle zunehmend in den Fokus von Anwendern und Systemanbietern. Seit Juni 2012 ist das HART-IP-Protokoll Bestandteil der HCF-Network-Management-Spezifikation der FieldComm Group. Diese Spezifikation definiert die Netzwerkschicht sowie die Anforderungen an das Netzwerkmanagement für HART-kompatible Netzwerke. HART-IP ermöglicht die vollständige und anlagenweite Integration von Lösungen in Großanlagen und bietet dabei ein hohes Maß an Interoperabilität zwischen Geräten und Anwendungen. Das Protokoll läuft über IP-basierte Netzwerke wie Ethernet und Wireless LAN und nutzt UDP und TCP mit IPv4 oder IPv6. Die HART-IP-Anwendungsschicht basiert auf denselben Befehlen wie das 4-bis-20-mA-basierte HART-Protokoll.

Bei der Umsetzung des NOA-Konzeptes, stellen Geräte die offene, OPC UA-basierte NOA-Schnittstelle auf verschiedenen Ebenen der Automatisierungsstruktur zur Verfügung. Durch einen eingebetteten OPC UA-Server kann das einheitliche NOA-Informationsmodell z. B. von einem Remote-I/O-System, einem Gateway oder zukünftig auch direkt von Feldgeräten mit Ethernet-Anschluss implementiert werden. Die NOA-Diode gewährleistet den sicheren Zugriff auf die Daten, der ausschließlich lesend erfolgen soll. 

Softing stellt mit dem smartLink HW-DP ein NOA-konformes Gateway zur Verfügung, das Daten aus HART Geräten über PROFIBUS Remote I/Os sammelt und über OPC UA gemäß Companion Spezifikation bereitstellt. Verbunden mit dem Secure Integration Server, der die Daten unilateral nach außen hin zur Verfügung stellt, bietet Softing heute schon die für eine NOA Diode geforderte Funktionalität.

Der in smartLink DP integrierte HART-IP Server ermöglicht einen einfachen und transparenten Zugriff auf HART-Feldgeräte über Ethernet. Dadurch können gängige HART-IP Clients wie der  AMS Device Manager von Emerson, ABB FIM oder E+H FieldCare genutzt werden. Mit diesen bewährten Anwendungen lassen sich HART-Feldgeräte problemlos parametrieren, konfigurieren, überwachen und auswerten.