A integração HART suporta a digitalização industrial

A integração HART suporta a digitalização industrial

A colaboração entre HART, FDI e OPC UA simplifica as aplicações

Por Ted Masters

A visão da digitalização industrial, da Indústria 4.0 e da Internet Industrial das Coisas (IIoT) requer integração com sistemas de tecnologia da informação (TI) e tecnologia de operações (TO) para serem bem-sucedidos. WirelessHART e HART-IP podem ser usados para oferecer os benefícios de dispositivos inteligentes com comunicações digitais para a Indústria 4.0 e a IIoT, preservando a infraestrutura existente, treinamentos, sistemas de controle e investimentos operacionais. Simplificar a ponte de informação entre TI e TO é o objetivo da colaboração em andamento entre o Grupo FieldComm e a Fundação OPC. Eles querem avançar a integração aberta de informações e a troca de dados empresariais e agilizar a engenharia de aplicação. O Grupo FieldComm tem um acordo oficial com a Fundação OPC, criando um grupo de trabalho conjunto para desenvolver modelos de informação de OPC UA para processo. Na conferência anual NAMUR de 9 de novembro de 2017, houve uma demonstração de informações de dados de campo que fluem de um dispositivo HART para FDI (Field Device Integration), depois para um servidor OPC UA na nuvem e exibido no Microsoft Azure.

Os sistemas de TI e TO são tradicionalmente desconectados, impedindo as organizações industriais de compartilhar e alavancar informações importantes para melhorar a produção, a qualidade e a manutenção. As organizações podem fazer melhorias de fabricação importantes usando dados de sensores para tomar decisões inteligentes sobre ativos de plantas e sistemas de automação de processos com a ajuda de ferramentas corporativas e em nuvem. Tarefas comuns, como manutenção preventiva e informações de rastreamento para prever quando as máquinas precisam ser reparadas antes da falha, mudar a manutenção não planejada para planejada e diminuir o custo das operações. Com os dados e informações corretas, o pessoal pode antecipar os problemas e tomar as ações corretivas adequadas para manter a fábrica em funcionamento.

Os métodos e as tecnologias IIoT e Indústria 4.0 estão sendo adotados em todo o mundo, redefinindo a fabricação. Embora a interoperabilidade de dispositivos e sistemas baseados em IIoT seja, sem dúvida, objeto de discussão em andamento nos próximos anos, já existem padrões bem estabelecidos em ambientes industriais e de fabricação que podem acelerar a implementação da planta digital.

Expectativa dos usuários

Soluções proprietárias em automação industrial estão rapidamente se tornando uma coisa do passado. Os engenheiros e os usuários finais de hoje - principalmente orientados por suas experiências com eletrônicos de consumo - não estão mais satisfeitos com os produtos de diferentes fornecedores que não operam em conjunto sem problemas. Esta expectativa agora requer integração de informações de múltiplos fabricantes e de múltiplas plataformas de sensores para a nuvem. Os dias dos mundos de TI e TO que não se comunicam estão contados, com ambos os lados buscando converter dados e metadados dos ativos da planta em informações significativas. As atividades conjuntas do Grupo FieldComm e da Fundação OPC estão trazendo essa realidade para o foco do mundo real.

Regras do HART

A grande base instalada de sensores e dispositivos HART e WirelessHART é uma fonte enorme para informações em tempo real dos processos e dos equipamentos. Existem mais de 30 milhões de instrumentos de campo que suportam essas tecnologias em todo o mundo. A tecnologia HART é uma maneira confiável a longo prazo de aproveitar os benefícios de dispositivos inteligentes através da comunicação digital para melhorar as operações.

Simplesmente comunicar dados brutos de dispositivos de campo para sistemas de TO e de TI não é uma boa solução. Os dados sem contexto não têm significado para ser utilizados de forma produtiva para aplicações de alto nível, incluindo manutenção preditiva, análise e otimização de processos, a menos que os perfis de definição contextual duplicados estejam disponíveis nos sistemas receptores. Esta abordagem duplica informações, contribuindo para uma menor confiabilidade do sistema e sistemas incompletos que têm problemas quando as mudanças de configuração são feitas em bancos de dados e dispositivos de campo. O Grupo FieldComm e a Fundação OPC estão cooperando para resolver esses problemas.

O componente OPC UA

O OPC UA é uma arquitetura independente de plataforma e orientada a serviços, que possui modelos padrão para troca de informações segura e confiável em automação industrial. Desenvolvido pela Fundação OPC, é um padrão estabelecido para integração e interoperabilidade entre dispositivos de nível de fábrica, sistemas de supervisão e controle, sistemas de execução de fabricação (MES) e aplicações corporativas, tais como planejamento de recursos empresariais (ERP) e gerenciamento de cadeia de suprimentos. Como um padrão internacional independente de fabricante, o OPC UA também é publicado como a especificação IEC 62541.

Em 2016, a Fundação OPC entregou o código OPC UA aberto para a comunidade de software, preparando o caminho para uma maior interoperabilidade. Isso eliminou a necessidade de testes rigorosos de múltiplos fabricantes, que já era a norma na automação industrial.


O Grupo FieldComm realizou a integração do sensor com os sistemas corporativo e em nuvem.

A colaboração entre FDI e a Fundação OPC

Os arquitetos do FDI se associaram à Fundação OPC para incluir no projeto do FDI a tecnologia OPC UA que define dispositivos de campo e a integração de dispositivos de campo no contexto da tecnologia FDI. Especificamente, as tecnologias compartilham o mesmo modelo de informação que define o contexto dos dispositivos de campo em automação de processos. O objetivo é garantir que, à medida que os sistemas evoluem, um caminho aberto para a informação do dispositivo de campo seja assegurado. Para completar a arquitetura, o Grupo FieldComm, responsável pelo desenvolvimento contínuo da tecnologia FDI, colaborou com a Fundação OPC para fornecer uma solução que permita a utilização de dados e metadados de redes de dispositivos inteligentes por meio de aplicações genéricas. Mais importante ainda, esses dados são convertidos em informações que podem ser comunicadas no mundo da TI e alavancadas diretamente por aplicativos baseados na nuvem. A integração com os sistemas de TI e TO é simplificada porque os dados comunicados têm o contexto dos dados com todas as informações sobre os dispositivos HART.

A padronização de dispositivos, incluindo seus dados e metadados, facilita a configuração, reduz o trabalho de engenharia de aplicação e simplifica o treinamento do novo pessoal da planta, incluindo operadores, engenharia e manutenção. O treinamento é um custo significativo para qualquer fabricante, e ter fornecedores concordando em formatos de dados torna a vida de todos mais fácil.

A tecnologia FDI foi desenvolvida e suportada pelas fundações e fornecedores de tecnologia líderes do setor de automação. O FDI é escalável e combina as vantagens do FDT® com o de Electronic Device Description Language (EDDL). O FDI leva em consideração as várias tarefas ao longo do ciclo de vida completo para dispositivos simples e complexos, incluindo configuração, comissionamento, diagnóstico e calibração.

O presidente e diretor executivo da Fundação OPC, Thomas J. Burke, enfatiza: "Foi gratificante colaborar com o Grupo FieldComm em iniciativas tecnológicas cruciais. Nossas organizações têm uma estratégia e visão comuns. Compreendemos o valor da implementação dos melhores processos de especificação e certificação, e do fornecimento de tecnologia para nossas comunidades para oferecer produtos de classe mundial ao mercado".

Eu acredito que o padrão FDI fornece uma solução comprovada para os usuários finais para gerenciar melhor seus ativos, tendo configurações de dispositivos padronizadas independente dos fornecedores e das tecnologias de rede envolvidas com suas respectivas instalações. Com o FDI, o verdadeiro potencial de descentralização, transparência, integração e uma visão central de todos os dados e funções podem ser plenamente realizados.

Pacotes para dispositivos FDI e EDDL

Nos sistemas de automação com instrumentos de campo de uma variedade de fornecedores, é necessário reduzir o esforço de instalação, gerenciamento de versão e operação do dispositivo. Este requisito só pode ser cumprido com uma solução de integração de dispositivos aberta e padronizada. Por esse motivo, o Grupo FieldComm especificou uma arquitetura padrão para integração de dispositivos FDI (IEC 61769) que aplica a IEC 61804, EDDL (Electronic Device Description Language), para a descrição de dispositivos, incluindo sua representação no modelo de informação de OPC UA. Os casos típicos de uso para esta solução incluem:

• interação entre usuários e o dispositivo (interface do usuário)

• integração de novos protocolos de comunicação (ex: servidores de comunicação FDI)

• acesso a informações do dispositivo por clientes do OPC UA que não são conhecidos pelo FDI, como ferramentas de arquivamento, ferramentas de manutenção, gerenciamento de ativos ou sistemas ERP.

O Grupo FieldComm e a Fundação OPC colaboraram em uma especificação complementar que define como a informação de um dispositivo de campo - descrita por um documento de descrição de dispositivo eletrônico - é mapeada para objetos, métodos e variáveis de OPC UA. O modelo de informação baseia-se principalmente na especificação OPC UA for Devices (IEC 61541-100); na verdade, a maioria do modelo OPC UA for Devices foi conduzido pelo requisito do FDI.

O diretor de tecnologia de integração do Grupo FieldComm, Achim Laubenstein, afirma: "A tecnologia FDI gerencia informações de dispositivos de campo inteligentes durante todo o seu ciclo de vida, desde a configuração, o comissionamento e o diagnóstico até a calibração, tornando obsoletas soluções únicas para diferentes dispositivos. As informações do dispositivo de campo facilitam o desenvolvimento de aplicativos nativos do OPC UA que suportam o modelo de informação do dispositivo OPC UA".

Além do modelo do dispositivo, o FDI define como as topologias de comunicação do sistema de automação, que representam toda a infraestrutura de comunicação, devem ser representadas em um OPC UA AddressSpace. O conjunto abrangente de serviços fornecidos pelo OPC UA permite o "como fazer" da integração do sistema.

Aplicações na nuvem

O Grupo de Trabalho de Integração do Grupo FieldComm está aprimorando a especificação do modelo de informação do FDI / OPC UA para fornecer semântica para informações lidas por máquinas. Esta especificação permitirá que os aplicativos baseados em nuvem processem informações do dispositivo de campo sem configuração extra.

O mapeamento do modelo de dados do Grupo FieldComm para o OPC UA permite conexões cliente/servidor de OPC UA sem conflitos e conexões de editor/assinante para a nuvem. As aplicações que tradicionalmente funcionam com premissas agora podem ser executadas globalmente na nuvem sem ter que mudar a interface para aproveitar facilmente aplicativos robustos em nuvem. Organizações industriais podem ter integração contínua de informações em plataformas de computação em nuvem, aumentando significativamente a compatibilidade e interoperabilidade no novo mundo digital.

Futuro

O Grupo FieldComm e a Fundação OPC estão empenhados em desenvolver infraestruturas completas e soluções para a integração contínua de informações em aplicações de automação industrial. Ambas as organizações reconhecem que devem fornecer padrões que ajudem a resolver problemas do mundo real e criar novas oportunidades. Isso inclui aprimoramentos contínuos para o padrão FDI e potencialmente incorporando as tecnologias de rede de outras organizações em uma arquitetura de integração comum.

Para obter mais informações, visite a visão geral da tecnologia FDI:

 (www.fieldcommgroup.org/technologies/fdi/fdi-technology).

 


Sobre o Autor:

Ted Masters, Presidente e CEO do Grupo FieldComm, apoia a indústria de processos em papéis de liderança em uma ampla variedade de empresas de tecnologia por cerca de 25 anos. Gerenciou o crescimento e entrega de produtos, software e soluções de serviços para mercados industriais. A carreira de mestrado centrou-se em converter dados operacionais em inteligência utilizável e ajudar os usuários a tomar melhores decisões para capturar o valor por meio da integração em sistemas e processos de negócios. 
 


Artigo traduzido por Tomé Guerra para a ISA São Paulo Section e republicado com permissão da ISA, Copyright © 2018, Todos os direitos reservados. Este artigo foi escrito pelo autor acima e publicado originalmente na revista InTech Online de Jan-Fev / 2018 em https://www.isa.org/intech/20180202A ISA não se responsabiliza por erros de tradução neste artigo. 

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