Les fondamentaux de la communication HART et de l'IIoT

Dans une installation de process équipée d'instruments de 4–20 mA/HART, les situations inattendues peuvent rapidement empirer si les capacités de diagnostic ont été négligées. Cet exemple de scénario résume une situation de maintenance typique :

Imaginez une journée de forte pluie. L'équipe de maintenance anticipe les opérations de routine par le biais d'une intervention minimale. Cependant, plusieurs problèmes surviennent simultanément et nécessitent une attention immédiate. L'équipe est soudain confrontée à un problème critique affectant la mesure du niveau.

Un opérateur signale qu'un transmetteur de niveau fournit des valeurs fluctuantes et que le process se déroule sans données de niveau fiables. Le transmetteur est situé à un point isolé de l'usine, loin de l'atelier. Pour y accéder, il est nécessaire d'affronter des conditions météorologiques difficiles.

Après avoir atteint l'appareil, le technicien découvre qu'il manque la configuration locale. Un configurateur de terrain est nécessaire pour analyser le problème. Mais sa batterie est déchargée. Ce retard oblige le technicien à faire demi-tour pour recharger l'outil, puis à regagner l'instrument. Pendant ce temps, le process continue sans mesure précise du niveau et les opérateurs ne se rendent pas compte que le niveau a trop augmenté.

Finalement, le détecteur de niveau se déclenche et le process est interrompu, arrêtant ainsi la production. Si le système de sécurité fonctionne comme prévu, l'incident met en évidence une vulnérabilité importante : l'impossibilité d'un diagnostic immédiat prolonge le dépannage et contribue à un temps d'arrêt évitable – un scénario présenté à titre d'exemple.

L'exemple ci-dessus vous rappelle quelque chose ? Des situations comme celles-ci peuvent souvent être résolues rapidement en accédant aux données de l'appareil directement sur le terrain. Même si les appareils de terrain reposent sur des signaux analogiques 4–20 mA, la plupart sont équipés du protocole de communication HART – cela n'était cependant pas le cas dans le scénario décrit.

Comme la plupart d'entre nous le savent, HART n'est pas une technologie nouvelle. Bien que des millions d'appareils compatibles HART soient installés dans tous les secteurs à travers le monde, chacun ne comprend pas encore totalement ses principes fondamentaux.

HART correspond à Highway Addressable Remote Transducer. Ce protocole a été introduit au milieu des années 1980. D'abord propriétaire, il devient une norme ouverte en 1986.

HART est un protocole hybride qui superpose un signal numérique au signal analogique 4–20 mA traditionnel, un standard utilisé depuis des décennies et aujourd'hui encore très répandu dans de nombreuses installations.

Sur le plan technique, HART utilise la norme Bell 202 et la FSK (Frequency Shift Keying, modulation par déplacement de fréquence) à 1200 bps. Deux fréquences représentent les valeurs binaires : 1200 Hz pour « 1 » et 2200 Hz pour « 0 ». Cette approche permet d'assurer la communication entre des appareils maîtres et esclaves sans interruption du signal analogique.

Les appareils de terrain compatibles HART fournissent un niveau de données de diagnostic et de fonctionnement comparable à celui des appareils entièrement numériques. La principale différence réside dans le mode d'accès à ces données. Les appareils numériques communiquent continuellement leurs informations, que ces dernières soient utilisées activement ou non. En revanche, des données précieuses restent prisonnières de nombreux appareils HART installés sur le terrain.

Tous les appareils utilisant le protocole de communication HART prennent en charge l'IDM (Intelligent Device Management), de manière similaire aux possibilités offertes par PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus et les autres technologies numériques. Si HART offre un mode multipoint pour la lecture des données provenant de plusieurs appareils, cette méthode est lente et donc peu populaire. Il existe heureusement d'autres solutions pour extraire ces informations critiques sans recourir à des configurations multipoint.

Alors, quelle est la vraie différence entre les appareils HART et les appareils de bus de terrain entièrement numériques ? En ce qui concerne le type et la qualité des informations, comme l'état de fonctionnement et le diagnostic des appareils, il n'y a pratiquement aucune différence. Cependant, l'installation standard d'appareils HART implique généralement que le système de commande numérique ne reçoit que le signal analogique 4–20 mA, contrairement aux réseaux numériques dans lesquels toutes les données des appareils sont disponibles en permanence.

La bonne nouvelle est que des solutions modernes, tant filaires que sans fil, permettent désormais d'accéder efficacement aux données HART et de les transformer en informations exploitables – par exemple au moyen d'un écosystème IIoT tel que Netilion d'Endress+Hauser.

Des situations comme l'exemple du transmetteur de niveau présenté ci-avant peuvent souvent être évitées en tirant parti des possibilités de connectivité modernes. Il existe des moyens pratiques d'extraire les données IDM des appareils de terrain compatibles HART sans effectuer d'investissements majeurs ou apporter des modifications importantes aux installations.

1. Intégration WirelessHART : le sans-fil est l'une des méthodes les plus simples pour collecter les données des appareils. Après ajout d'un adaptateur WirelessHART aux appareils déjà installés sur le terrain, il est possible de transmettre les données à une passerelle WirelessHART. Cette passerelle – telle que la FieldgateSWG70 d'Endress+Hauser – peut alors être connectée à un dispositif périphérique, ce qui permet une intégration simple avec des plates-formes de cloud IIoT. Les solutions sans-fil ont déjà été largement adoptées dans tous les secteurs et ont prouvé leur efficacité dans de nombreuses applications.

2. Passerelles HART pour l'intégration filaire Dans le cas des usines qui préfèrent les solutions filaires, les passerelles HART offrent un moyen fiable d'extraire des données de la boucle 4–20 mA et de la connecter à des plates-formes IIoT telles que Netilion. Même si cette approche peut impliquer un investissement initial légèrement supérieur en comparaison avec l'équipement sans fil, le retour sur investissement intervient généralement en l'espace de quelques mois. Exemple : la Fieldgate SFG250, une passerelle HART basée sur Ethernet, offre un moyen simple et efficace d'accéder aux données des appareils et de les intégrer dans les systèmes cloud. HART over Ethernet est l'une des manières les plus efficaces d'exploiter de précieuses informations sans compliquer les opérations quotidiennes.

Comme le montrent les exemples précédents, l'IIoT n'est pas aussi lointain ou complexe qu'il y paraît. Les avantages des services IIoT sont clairs : leur mise en œuvre dans votre installation peut vous procurer d'importants avantages opérationnels.

Par exemple, l'IIoT peut vous fournir une vision d'ensemble complète du parc installé. Saviez-vous qu'environ 30 % des équipements dans de nombreuses installations sont déjà obsolètes ? Les services IIoT vous permettent d'enregistrer facilement des appareils manuellement ou automatiquement via un dispositif périphérique, créant ainsi un jumeau numérique.

Une fois la connexion établie, les services numériques tels que Netilion Analytics procurent des informations transparentes grâce à des tableaux de bord intuitifs et des graphiques. Ces analyses permettent d'obtenir des informations essentielles, telles que la disponibilité et l'état du cycle de vie des appareils. Elles réduisent ainsi la complexité et rationalisent le travail de maintenance.

La surveillance de l'état de fonctionnement des appareils constitue une autre application efficace de l'IIoT en combinaison avec le protocole de communication HART. Des services numériques tels que Netilion Health fournissent des informations de diagnostic aussi bien pour les appareils Endress+Hauser que pour ceux d'autres fabricants.

Que ce soit par connexion filaire ou WirelessHART, votre passerelle être reliée à un dispositif périphérique communiquant en toute sécurité avec le cloud. Vous pouvez ainsi accéder en tout lieu aux informations concernant l'état de fonctionnement de vos appareils.

Le système affiche l'état des appareils sur la base des normes NAMUR NE 107. En cas d'alerte de diagnostic ou de défaillance, vous pouvez consulter des informations détaillées afin d'en identifier l'origine et de déterminer des mesures correctives. Des données historiques sont également disponibles, indiquant quand et à quelle fréquence des événements se sont produits. Vous avez ainsi une vision claire de l'évolution des performances des équipements dans le temps.

Si un tel système de surveillance d'état avait été disponible durant l'incident de mesure du niveau décrit précédemment, le problème aurait pu être détecté rapidement, ce qui aurait permis de gagner du temps, d'éviter un arrêt imprévu et de réduire les coûts.

Bref : l'IIoT rend la gestion des installations plus simple, plus intelligente et plus efficace.