Die ersten Schritte auf dem Weg zu einem IIoT mit WirelessHART

Lassen Sie uns heute mit einer Frage beginnen. Wenn vom Industrial Internet of Things die Rede ist, welches Bild kommt Ihnen da in den Sinn? Okay, ich versuche mal, zu raten: Ihr Unternehmen nutzt noch immer 4-20-mA-Signale und zumindest kurzfristig ist auch keine Änderung in Sicht, richtig?

All Ihre Feldgeräte verfügen zwar über HART-Kommunikation, aber Sie nutzen sie hauptsächlich, um Meldungen zum Gerätestatus zu lesen oder Änderungen an der Konfiguration vorzunehmen. Stimmt's?

Und wenn ich Ihnen jetzt sagen würde, dass sich IIoT schnell und einfach und ganz ohne Änderungen in Ihrem 4-20-mA-/HART-System implementieren lässt? Ja, Ihre HART-Geräte verfügen über den gleichen Intelligenzgrad und die gleichen Informationen wie die meisten digitalen Geräte. Hinzu kommt, dass die Erfassung dieser Informationen und ihre Integration in einen Cloud-Service viel einfacher ist als Sie denken!

Begleiten Sie mich und lassen Sie uns gemeinsam einen Blick auf das IIoT-Konzept werfen. Danach wissen Sie, wie einfach es zu implementieren ist, und werden in der Lage sein, die ersten Schritte auf dem Weg zu einem IIoT in Ihrer Anlage zu gehen.

Was ist IIoT?

Damals, während der so genannten dritten industriellen Revolution, ging es darum, Maschinen und Prozesse zu automatisieren. Das bedeutete einfach, ein System zu implementieren, das in der Lage war, einen bestimmten Prozesswert zu messen, einen Regelalgorithmus darauf anzuwenden und dann den daraus resultierenden ausgegebenen Wert zu nutzen, um z. B. ein Ventil zu betätigen oder die Drehzahl eines Pumpenmotors zu verändern.

Die Automatisierung sparte Zeit und Arbeitskräfte und steigerte zudem die Effizienz und die Qualität der Produktion.

Heute, wenn wir über die vierte industrielle Revolution bzw. IIoT oder Industry 4.0 sprechen, geht es darum, große Datenmengen von intelligenten Sensoren und Maschinen effizient zu erfassen. Dadurch wird der Austausch von Daten mit dem Ziel ermöglicht, sie zu analysieren und den Prozess zu optimieren.

Die Ergebnisse stehen in einer Reihe von Anwendungen zur Verfügung, z. B. in einer Anwendung zur Analyse, um Zustandsinformationen auszugeben oder in einer Bibliothek mit Dokumenten. Dabei verfügt jede dieser Anwendungen über eine klar strukturierte Benutzeroberfläche, die alle wesentlichen Informationen anzeigt.

Welches Potenzial hat IIoT in einer Industrieumgebung?

Die meisten wertvollen Informationen sind im Feld zu finden, wo sie aber brachliegen. Hierbei handelt es sich um Informationen, die Ihnen dabei helfen könnten, Ihren Prozess zu verbessern und ungeplante Stillstandszeiten in Ihrer Anlage zu vermeiden. Wenn Sie an intelligente Geräte denken, kommen Ihnen wahrscheinlich nur unsere heutigen Geräte in den Sinn, die innovative Kommunikationstechnologie nutzen, richtig?

Aber HART-Feldgeräte verfügen ebenfalls über ein intelligentes Gerätemanagement (IDM), wie es auch in FOUNDATION Fieldbus (FF)- und PROFIBUS (PB)-Feldgeräten zu finden ist.

Doch während die FF- und PB-Feldgeräte digital mit dem Steuerungssystem kommunizieren, senden Ihre HART-Geräte wahrscheinlich nur simple 4-20-mA-Signale an die Steuerung. Da Sie die HART-Kommunikation nicht nutzen, behalten die Geräte ihre besten Informationen für sich.

Aber es ist nicht alles verloren! Heute können IIoT-Lösungen HART-Gerätedaten unabhängig vom Steuerungssystem erfassen und analysieren und relevante Einblicke in Ihren Prozess bieten. Das wirkt sich direkt auf die Prozessverbesserung aus, da Zustandsanalysen bekanntermaßen die Zahl der ungeplanten Reparaturen und Stillstandszeiten verringern.

Was ist WirelessHART?

Es gibt verschiedene Arten von drahtloser Kommunikation. Die bekanntesten sind wahrscheinlich WirelessHART und Bluetooth. Beide Netzwerke arbeiten in einer Industrieumgebung zuverlässig und bieten eine sichere und robuste Verbindung.

Lassen Sie uns nun über WirelessHART sprechen. Obwohl einige noch immer nicht damit vertraut sind, hat sich WirelessHART doch in vielen verschiedenen Industrien weltweit etabliert. Das Protokoll wurde 2004 entwickelt und 2007 auf den Markt gebracht. 2010 wurde es zum internationalen Standard (IEC 62591).

Kurz gesagt: WirelessHART arbeitet bei einer Frequenz von 2,4 GHz und nutzt den Time Division Multiple Access (TDMA)-Mechanismus, um alle Geräte im Netzwerk, von denen jedes mit einem Gateway kommuniziert, zu synchronisieren.

Außerdem arbeitet WirelessHART mit einem vermaschten Netz (Mesh-Netzwerk), das auf der Norm IEEE 802.15.4 basiert. So werden zwei Methoden miteinander kombiniert, die ein zuverlässiges und sicheres Netzwerk gewährleisten: Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) und Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).

Geräte können über ein integriertes WirelessHART verfügen oder mit WirelessHART-Adaptern ausgestattet werden. Durch einen solchen Adapter werden 4-20-mA-/HART-Geräte und analoge Geräte zu drahtlosen Geräten aufgerüstet.

Wie ist WirelessHART in IIoT-Anwendungen implementiert?

Wenn Sie in Ihrer Anlage bereits mit HART-Feldgeräten arbeiten, die nur über 4-20-mA-Signale eine Verbindung zum Steuerungssystem herstellen, dann ist ein WirelessHART-Adapter die Lösung. Dabei handelt es sich um eine einfache Art, alle intelligenten Informationen zu erfassen und an das Gateway zu senden.

Das Gateway kann diese Informationen dann an ein Edge Device senden, das sicher in einen Cloud-Service integriert ist.

Je nach Anwendung lässt sich mit einer WirelessHART-Lösung normalerweise mehr Zeit und Geld sparen als durch den Einsatz eines Multiplexers, um die gleichen Daten zu erfassen. Der WirelessHART-Adapter kann netzunabhängig über eine Batterie oder über das Gerät gespeist werden.

Er kann direkt auf dem Gerät oder abgesetzt installiert werden. Adapter lassen sich schnell und einfach hinzufügen, ohne dass signifikante Veränderungen an Ihrer Anlagenstruktur erforderlich sind.

Dank der technischen Merkmale des Netzwerks können Sie ein Netzwerk erweitern oder über mehr als ein Netzwerk in Ihrer Anlage verfügen. Es gelten ein paar Regeln für die Auslegung des Netzwerks, aber ein vertrauenswürdiger Anbieter von IIoT-Services, der mit HART-Anbindung arbeitet, wie bei Endress+Hauser der Fall ist, wird Ihnen umfassende Unterstützung im Hinblick auf die Netzwerkarchitektur bieten.

Welche Vorteile hat es, Ihre prozesskritischen Messstellen nachzurüsten?

Prozesskritische Messstellen müssen konstant überwacht werden, wenn ungeplante Prozessunterbrechungen und Stillstände vermieden werden sollen. In den meisten Szenarios führt das Nachrüsten einer bestehenden 4-20-mA-Infrastruktur mit standardmäßigen digitalen Lösungen zu hohen Investitionskosten.

WirelessHART-Adapter dagegen sind eine einfache Methode, um mit minimalem Aufwand und minimaler Investition die Vorteile einer Online-Überwachung zu erhalten.

Ohne eine Online-Überwachung des Gerätezustands kostet die Wartung mehr Zeit und Geld. Wenn in einem Gerät ein Problem auftritt, benötigt der Feldtechniker mehr Zeit als mit einem IIoT-Zustandsüberwachungsservice, um herauszufinden, was los ist, den Fehler zu finden und zu beheben.

Ein leistungsstarker Online-Service zur Zustandsüberwachung wie Netilion Health kann Ihre Feldgeräte kontinuierlich überwachen. Da das Netzwerk über ein Edge Device mit der Cloud verbunden ist, haben Sie außerdem jederzeit und überall Zugriff auf alle kritischen Daten.

Diese Technologie basiert auf einer robusten und stabilen drahtlosen Kommunikation, die bereits weltweit in vielen Anwendungen, die das HART-Protokoll nutzen, implementiert ist. Bitte beachten Sie, dass all diese sensiblen Daten einen besonderen Schutz benötigen. Entscheiden Sie sich für eine IIoT-Lösung mit einem Edge Device, dass alle Gesetze, Standards und Datenschutzrichtlinien erfüllt.

Wenn Sie mehr über die Cybersicherheit von IIoT-Services im Allgemeinen und Netilion im Besonderen erfahren möchten, können Sie unseren Artikel lesen: "Cybersicherheit in industriellen Anlagen mit IIoT: Was zählt wirklich ... und wie sicher ist Netilion?"

Einige einfache Schritte, um den Zustand Ihrer prozesskritischen Messstellen zu überwachen

Sie wissen jetzt, wie WirelessHART eine IIoT-Implementierung so einfach wie nie machen kann. Aber wie funktioniert es? Lassen Sie mich nun die wenigen einfachen Schritte erläutern, mit denen Sie Ihre prozesskritischen Messstellen online mit Netilion Health überwachen können.

• Lokalisieren Sie die prozesskritischen Geräte in Ihrer Anlage: Zunächst müssen Sie die prozesskritischen Messungen und Geräte in Ihrer Anlage identifizieren. Danach können Sie in Zusammenarbeit mit Endress+Hauser Ihr WirelessHART-Netzwerk auslegen und herausfinden, wie viele drahtlose Adapter, Repeater und WirelessHART-Gateways erforderlich sind.
• Statten Sie diese Geräte mit drahtlosen Adaptern aus: Jedes prozesskritische Gerät benötigt einen einzelnen Adapter, den Sie lokal oder abgesetzt installieren können.
• Verbindung zum Wireless Gateway herstellen: Vergeben Sie für alle Adapter eine Netzwerk-ID und einen Verbindungsschlüssel (Join Key). Die Adapter stellen nun automatisch eine Verbindung zum Wireless Gateway her. Das Wireless Gateway erfasst alle Informationen aus den Feldgeräten.

• Verbinden Sie das Wireless Gateway mit dem Field Edge SGC500: Das WirelessHART-Gateway SWG70 ist Netilion-fähig, was bedeutet, dass es mit dem Edge Device SGC500 verbunden werden kann, sobald die SWG70 HART-Adresse und der Port gemäß Spezifikation eingestellt wurden. Verbinden Sie dann das Field Edge mit dem Internet.
• Konfigurieren Sie das Edge Device, und stellen Sie die Verbindung zu Netilion her: Schließen Sie die Installation ab, indem Sie das Edge Device SGC500 dafür konfigurieren, sich mit Ihrem Netilion-Konto zu verbinden.

Sobald Sie diese Schritte durchgeführt haben, können Sie beginnen, Daten im Netilion-Ökosystem zu erfassen und über die so genannten Netilion Services zu nutzen. Der Netilion Heath Service beispielsweise erfordert nur diese einfachen Schritte, um Ihnen tiefgreifende Informationen zu Ihren Anlagenbestandteilen zu liefern – jederzeit, überall und auf jedem beliebigen Gerät, sei es Smartphone, Laptop oder Tablet.

Außerdem können Sie alle Informationen zu Ihren Anlagenbestandteilen nachverfolgen, sich alle Ereignisse in einer grafischen Übersicht anzeigen lassen und die Zustandshistorie abrufen, um genauere Einblicke zu erhalten. Sie möchten es gerne live erleben? Probieren Sie es kostenlos aus, und lassen Sie die Magie wirken.