O essencial da comunicação HART e da IIoT

Em uma planta de processos operando com instrumentação 4–20 mA/HART, situações inesperadas podem escalar rapidamente se os recursos de diagnóstico forem ignorados. Esta história exemplifica uma situação de manutenção típica:

Imagine um dia de chuva forte. A equipe de manutenção prevê operações de rotina com intervenção mínima. No entanto, vários problemas surgem ao mesmo tempo, exigindo atenção imediata. De repente, a equipe está enfrentando um problema crítico de medição de nível.

Um operador informa que um transmissor de nível está fornecendo leituras flutuantes e que o processo está operando sem informações de nível confiáveis. O transmissor está localizado em um ponto remoto na fábrica, longe da oficina, e o acesso exige enfrentar as condições climáticas adversas.

Ao atingir o equipamento, o técnico descobre que a configuração local não está disponível. Para diagnosticar o problema, um configurador de campo é necessário, mas sua bateria está esgotada. Esse atraso força o técnico a retornar, recarregar a ferramenta e revisitar o instrumento. Durante esse tempo, o processo continua sem uma medição de nível precisa, e os operadores não estão cientes de que o nível subiu muito.

Em última análise, a chave de nível pontual é ativada, desligando o processo e interrompendo a produção. Embora o sistema de segurança funcione da maneira pretendida, o incidente destaca uma vulnerabilidade significativa: A falta de acesso de diagnóstico imediato prolonga a resolução de problemas e contribui para um tempo de inatividade desnecessário – uma história bem verossímil.

O exemplo acima soa familiar? Situações como essa muitas vezes podem ser resolvidas rapidamente acessando os dados do equipamento diretamente do campo. Mesmo quando os equipamentos de campo confiam em sinais analógicos de 4–20 mA, a maioria está equipada com o protocolo de comunicação HART – que neste exemplo, no entanto, não foi utilizado.

O HART não é uma tecnologia nova, como muitos de nós já sabemos. Apesar de haver milhões de equipamentos habilitados para HART instalados em diversos setores no mundo todo, seus princípios básicos ainda não são totalmente compreendidos por todos.

HART significa "via de dados endereçável por transdutor remoto", e o protocolo foi introduzido em meados dos anos 1980. Tornou-se padrão aberto em 1986, depois de ter sido inicialmente proprietário.

HART é um protocolo híbrido que reproduz um sinal digital por cima do sinal analógico tradicional de 4–20 mA – um padrão que tem sido usado por décadas e permanece predominante em muitas plantas hoje em dia.

Do ponto de vista técnico, o HART usa o padrão Bell 202 e aplica a Modulação por chaveamento de frequência (FSK) a 1.200 bps. Duas frequências representam valores binários: 1.200 Hz para "1" e 2.200 Hz para "0". Essa abordagem permite a comunicação entre os equipamentos mestre e escravo sem interrupção do sinal analógico.

Os equipamentos de campo habilitados para HART oferecem um nível comparável de dados de diagnóstico e de operação para dispositivos totalmente digitais. A diferenciação fundamental é o acesso a esses dados. Os equipamentos digitais comunicam continuamente suas informações, independentemente de serem usados ativamente. Por outro lado, muitos equipamentos HART permanecem em campo com dados valiosos bloqueados por dentro.

Todos os equipamentos que usam o protocolo de comunicação HART são compatíveis com Gerenciamento inteligente de equipamentos (IDM), semelhantes ao que está disponível no PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus e outras tecnologias digitais. Embora o HART ofereça um modo de derivação múltipla para leitura de dados de vários dispositivos, esse método é lento e, portanto, não é amplamente adotado. Felizmente, existem soluções alternativas para extrair essas informações críticas sem depender de configurações de derivação múltipla.

Então, qual é a diferença real entre equipamentos fieldbus HART e aqueles totalmente digitais? Em termos de tipo e qualidade de informação, como saúde e diagnóstico do equipamento, praticamente não há diferença. No entanto, a instalação padrão dos equipamentos HART normalmente significa que o sistema de controle só recebe o sinal analógico de 4–20 mA, ao contrário das redes digitais, em que todos os dados do equipamento estão disponíveis permanentemente.

A boa notícia é que as soluções modernas, tanto com fio quanto sem fio, agora permitem o acesso eficiente aos dados do HART e os transformam em insights acionáveis, como por meio de um ecossistema de IIoT como o Netilion da Endress+Hauser.

Situações como o exemplo do transmissor de nível mencionado anteriormente podem ser evitadas ao utilizar opções de conectividade modernas. Há maneiras práticas de recuperar dados de IDM de equipamentos de campo habilitados para HART sem grandes investimentos ou modificações extensivas da fábrica.

1. Integração WirelessHART: A tecnologia sem fio é um dos métodos mais diretos para coletar dados do equipamento. Ao adicionar um adaptador WirelessHART aos equipamentos de campo existentes, os dados podem ser transmitidos para um gateway WirelessHART. Esse gateway – como o Fieldgate SWG70 da Endress+Hauser – pode então ser conectado a um equipamento de ponta, permitindo a integração perfeita com plataformas de nuvem de IIoT. Soluções sem fio já são amplamente adotadas em vários setores industriais e têm se mostrado eficientes em diversas aplicações.

2. Gateways HART para integração via cabo Para fábricas que preferem soluções com fios, os gateways HART oferecem uma maneira confiável de extrair dados do circuito de 4–20 mA e conectá-los às plataformas de IIoT como o Netilion. Embora essa abordagem possa envolver um investimento inicial um pouco maior em comparação com a versão sem fio, o retorno sobre o investimento geralmente ocorre dentro de alguns meses. Um exemplo é o Fieldgate SFG250, um gateway HART baseado em Ethernet que oferece um método simples e eficiente para acessar os dados do equipamento e integrá-los aos sistemas em nuvem. O HART por Ethernet é uma das maneiras mais eficazes de desbloquear informações valiosas sem adicionar complexidade às operações diárias.

Como demonstrado nos exemplos anteriores, a IIoT não é algo tão distante ou complexo quanto parece. As vantagens dos serviços IIoT são claros: Implementá-los em sua planta pode representar vantagens operacionais significativas.

Por exemplo, a IIoT pode fornecer uma visão geral abrangente de sua base instalada. Você sabia que aproximadamente 30% dos ativos em muitas fábricas já estão obsoletos? Com os serviços de IIoT, você pode registrar equipamentos facilmente de modo manual ou automático através de um equipamento de borda, criando um gêmeo digital.

Uma vez conectados, serviços digitais como o Netilion Analytics fornecem insights transparentes por meio de painéis e gráficos intuitivos. Essas análises revelam informações importantes, como disponibilidade do equipamento e status do ciclo de vida, reduzindo a complexidade e simplificando os esforços de manutenção.

Outra aplicação poderosa da IIoT combinada com o protocolo de comunicação HART é o monitoramento da saúde do equipamento. Serviços digitais como o Netilion Health fornecem informações de diagnóstico tanto para equipamentos Endress+Hauser quanto de terceiros.

Seja usando conectividade com fio ou WirelessHART, seu gateway pode ser vinculado a um equipamento de ponta e se comunicar com segurança com a nuvem. Isso permite o acesso às informações de saúde do equipamento de qualquer lugar.

O sistema exibe os status do equipamento com base nas normas NAMUR NE 107. Quando ocorre um alerta de diagnóstico ou falha, você pode examinar informações detalhadas para identificar a causa raiz e as ações corretivas. Também estão disponíveis dados históricos, indicando quando e com que frequência os eventos ocorreram, fornecendo a você uma visão clara do desempenho dos ativos ao longo do tempo.

Se esses sistemas de monitoramento de saúde já estivessem em funcionamento durante o incidente de medição de nível descrito anteriormente, o problema poderia ter sido detectado previamente, economizando tempo, evitando períodos de inatividade não programados e reduzindo custos.

Resumindo: A IIoT torna a gestão da fábrica mais simples, inteligente e eficiente.