integrating hart into profibus dp...

59
Integrating HART into PROFIBUS DP Walter Stoops, Pepperl+Fuchs Theo Bervoets, AUMA Jaap Westeneng, Endress+Hauser

Upload: nguyennga

Post on 08-Jun-2018

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Integrating HART into PROFIBUS DP

Walter Stoops, Pepperl+Fuchs

Theo Bervoets, AUMA

Jaap Westeneng, Endress+Hauser

Integrating HART into PROFIBUS DP

Jaap WestenengProduct ManagerEndress+Hauser B.V.

Network Infrastructure

• How can you integrate legacy HART devices for the process industry into PROFIBUS and PROFINET networks, upgrading your existing legacy instrumentation to modern standards, getting ready for future requirements? How can you implement industrial wireless networks? How can you save energy by investing in the latest network technology, ProfiEnergy? 

‘How can …’ starts here, with knowing!

What is our challenge?• How to exploit the power of HART and PROFIBUS devices in 

the installed base?• What relevant information is available from a HART or 

PROFIBUS device?• How to get access to HART and PROFIBUS devices over 

existing (fieldbus) infrastructure?• What are the minimum requirements to be specified?• How to monitor the health status of your HART and 

PROFIBUS devices? 

HART has a estimated installed base of more than 30 million devices

Do we agree on the following principles?• PROFIBUS (Process Field Bus) is a standard for fieldbus 

communication in automation technology and was first promoted in 1989 and is a field proven technology!

• There are two variations of PROFIBUS in use today; the most commonly used, PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals) and the lesser used, PROFIBUS PA (Process Automation)!

• PROFIBUS DP network is the proven basis for the integration of (wireless) HART devices today…!

In excess of 38 million PROFIBUS DP and 6 million PROFIBUS PA nodes     are installed. 

HART and PROFIBUS an overview

• Highway Addressable Remote Transducer 

• Defined by the Rosemount company, 1987

• HART Communication Foundation (HCF), 1993

• Over 300manufacturers in the HART Communication Foundation

• PROcess FIeldBUS• Founding of PROFIBUS 

International, 1995• PROFIBUS Nutzer

Organisation (PNO), 1989• PROFIBUS PA, 1996• Over 1400members in 

PROFIBUS International

www.hartcom.org  www.PROFIBUS.com 

4‐20 mA + HART > Conventional + Digital communication

SPCable

AD

16 bit

DA

16 bit

I/O

16 bitD

A

16 bit

mA (current analog)

mA (current digital)

% (Percent of range)

PV (Primary value)

SV (Secondary value)

TV (Tertiary value)

QV (Quarterly value)

+ PV units code

+ SV units code

+ TV units code

+ QV units code

PROFIBUS > Digital communication

SP

ASICASIC

DA

16 bit

I/O

16 bit

Cable

Main process value + Status code

2nd Cyclic value

Display value

3rd Cyclic value

4th Cyclic value

5th Cyclic value

6th Cyclic value

+ Status code

+ Status code

+ Status code

+ Status code

+ Status code

+ Status code

7th Cyclic value + Status code

..th Cyclic value + Status code

mA (basic current)

HART over PROFIBUS > Digital communication

PV (Primary value)

SV (Secondary value)

TV (Tertiary value)

QV (Quarterly value)

+ PV units code

+ SV units code

+ TV units code

+ QV units code

History of SMART technologies

200420031987

DevelopedBy

Rosemount

1989

OpenStandard

1993

HCF

2007

HART addedto  IEC‐61158

2008

HART 7specification

1989

PNO

1995

Founding of PI

1996

PROFIBUSPA

2000

Standard Device

Profile 3.0

2004

PROFIsafeCond. StatusProfile 3.01

1994

FieldbusFoundation

1996

FOUNDATIONFieldbus H1

1999

HighSpeed

Ethernet

2005

SafetyInstrumentedFunctions (SIF)

2006

DiagnosticProfiles

Specification

2008

DiagnosticProfilesRelease

2011

RegisteredHost 

Profile ‘61b’

2013

HART 7.4specificationDiag. Profiles

2008

DeviceIntegrationProfile 3.02

2012

DiagnosticProfilesFF912FDT = Field Device Tool

Normen Arbeitsgemeinschaft für Meß- Und Regeltechnik in der chemischen Industrie

Integrating HART into PROFIBUS DP

Walter StoopsApplication ConsultantPepperl+Fuchs B.V.

Purpose

• Awareness of applicability– How can get access

• NOT Temp, Press, Flow and other values• BUT Health, Quality values

– How do we use it

How to unlock SMART information?Plant Asset ManagementDevice Configuration Management

Industrial Ethernet

Process control

HART

LI PI

LICFI

PAS PAM CMMSCM

MOV

TI

KFD2-HMM-16ON

13 14 1519 20 2116 17 18

ON

RS

485

mA mA

Param.

Status

Sec. val

Diagn.

Status

Prim. val

Prim val

Status

Prim. val

Sec. val

Status

Events

Diagn.

Param.

StatusPrim. val

How to achieve

Symphony

Ethernet

ABBHART Communication via PROFIBUS direct access from ABB AC800F or Symphony integrated in ABB engineering tool

AC800FFreelance

How to achieve

Ethernet

HART Communication via PROFIBUS direct access from Siemens S7, PCS7 using Siemens PDM engineering tool

Siemens

How to achieve

Ethernet

HART Communication via PROFIBUS using system independentclass 2 master

PACTware engineering tool ABBAllen BradleyEmersonHoneywellInvensysMitsubishiSiemensYokogawa

EthernetHub

PROFIBUSGateway

DEMO

Line Redundancy (Gateway + Bus Redundancy) one master addresses redundant slaves via Voter or 2 repeaters redundant Bus lines redundant ComUnits / Gateways power supply redundancysee Power Supply

BusStandby Bus

Redundant ComUnit

Redundant ComUnit

Redundancy

Application Redundancy (Gateway+Bus+Master Redundancy) two masters address redundant slaves via redundant Bus lines redundant ComUnits / Gateways power supply redundancy see Power Supply

BusStandby Bus

Redundant ComUnit

Redundant ComUnit

Redundancy

Features

Uniformity by NE 107

How to achieve

How to unlock SMART information?Plant Asset ManagementDevice Configuration Management

Industrial Ethernet

PROFIBUS PA

• Awareness of applicability– How can get access

• NOT just values• BUT Health, Quality values

– How do we disclose this

Simple installation and commissioning

• Small footprint• Motherboard for easy wiring• Plug‐in connectors • Your choice – any mounting direction• Redundant bulk power connection• DB9 connector for PROFIBUS DP• Redundant comm units

• Optional Advanced Diagnostics: Speeds up all fieldbus work

Wouldn’t you like to know

Advantages

• Fast commissioning• Display of values• Warnings with actionable information• Color coding for easy recognition

• Embedded expert system at work• Oscilloscope• Reporting

DEMO

Information stress

Conclusion

• In‐depth information  • Easy access• One platform• Uniformity in message layout – NE 107• Up‐to‐date technology• Better production performance• Controlled maintenance

Do we meet our challenge?• How to get access to HART and PROFIBUS devices over 

existing (fieldbus) infrastructure?– By using bypass solution (e.g. HART Multiplexer)– By using pass through (transparent) (e.g. HART Analog In/Out)– By using wireless (e.g. WirelessHART)– By using PROFIBUS DP/PA Coupler

Do we meet our challenge?• What are the minimum requirements to be specified?

– Remote IO• Support of HART transparent channels.• Availability of certified Communication  DTM or Device Driver• If required meeting HART 6 specifications (e.g. 32 characters tag, device status  

for every HART values [PV, SV, TV, QV].

– PROFIBUS DP/PA Coupler• Availability of Advanced Diagnostics Module.• If required select transparent DP/PA Coupler (freedom of PROFIBUS DP 

transmission speed >> application).• Approved for explosions areas if required. 

No more…….

Integrating HART into PROFIBUS DP

Theo BervoetsManaging DirectorAUMA Benelux B.V.

What is an electric actuator?

• A device to operate valves from remote 

Why operate valves from remote?

• More cost effective than manual operation• To automate production processes• To control and optimize product quality  • To control and optimize plant availability

MOV

Proces Automation and MOV’s• PLC/DCS Outputs

– Commands• OPEN/STOP/CLOSE• SETPOINT• ESD• SAFE OPEN/CLOSE

• PLC/DCS  Inputs– Feedback

• ENDPOSITION OPEN / CLOSE• FAULT (not available, torque, ... )• INTERMEDIATE POSITION• .....

Commands Feedback

Proces Automation and MOV’s

• Primairy function electric actuator

Valve operation Feedback

PLC / DCS

Proces Automation and MOV’s

• Secondary function electric actuator

StatusDiagnostics

PLC / DCSPlant‐Asset‐Management

Self‐Diagnoses

Self‐diagnosis actuator – NE107

• Overview

PLC / DCS

Valve

Localcontrols

Power‐supply

Self‐diagnosis actuator – NE107• Towards PLC / DCS

– I/O Interface (inputs/outputs)– Auxiliary voltage– Fielbus communication– Fiber optic connection

• Towards Power supply– Phase failure and – sequence– Separate 24 V DC input

• Towards Valve– Torque– Position– Running time

Self‐diagnosis actuator – NE107

• Application– Number of starts/hr– Temperature– Vibrations

• Maintenance Information– Grease– Sealings– Mechanics– Reversing contactors

Self‐diagnosis actuator – NE107

• Maintenance Information– Grease– Sealings– Mechanics– Reversing contactors

Self‐diagnosis actuator – NE107

• Out of Specification– Number of starts per hour too high– Characteristic curve Temperature – time– Characteristic curve Position – time

DEMO

Summary

• Less down time  increased availability more profitability• Savings on maintenance costs more profitability

+ to avoid 

=+

Do we meet our challenge?• What relevant information is available from a HART or 

PROFIBUS device?– First of all relevant information is application specific!– Operator : Process values and (condensed) Status,– Maintenance : Detailed (consistent) diagnostics and events

Integrating HART into PROFIBUS DP

Jaap WestenengProduct ManagerEndress+Hauser B.V.

Demo AUMA Actuator (Out of Service)Plant Asset ManagementDevice Configuration Management

Industrial Ethernet

Out of Service notification in Asset 

Monitor

Out of Service notification in Process Automation System

Out of Service notification in Plant Asset Management 

Demo AUMA Actuator (OoS)

Demo P+F PROFIBUS PA (Advanced Diagnostic Module)

Plant Asset ManagementDevice Configuration Management

Industrial Ethernet

Demo P+F PROFIBUS PA ADM

Demo E+H PROFIBUS PA Device (Maintenance Req.)

Plant Asset ManagementDevice Configuration Management

Industrial Ethernet

Demo E+H PROFIBUS PA Device (M)

Demo E+H PROFIBUS PA Device (M)

Demo Siemens RIO HART DevicePlant Asset ManagementDevice Configuration Management

Industrial Ethernet

What is our challenge?• How to monitor the health status of your HART and 

PROFIBUS devices? – It is too much engineering effort to read and interpret each and 

every manufacturer specific PROFIBUS Status or HART Device Status in Process Automation System for each device!

– By applying an Intelligent PROFIBUS Access Point in parallel (bypass) to Process Automation System which is able to monitor Health Status of connected HART (pass‐through) and PROFIBUS devices according to NAMUR NE107

Intelligent PROFIBUS Access Point

• Auto detection of bus settings for hassle free commissioning

• Pre collection of relevant asset information

• Active monitoring of PROFIBUS live list prepares for event based condition monitoring

• Brief overview of connected devices and communication status

DXCHG no Diag

DXCHG with Diag

DXCHG fails

Not in DXCHG

Intelligent PROFIBUS Asset Monitor

• Interpretation of listened device diagnostic telegrams based on GSD information

• Mapping of device diagnostic messages according to NE107

• Time stamped logging of diagnostics events

• Email‐notification on diagnostic event

• Overview of all connected PROFIBUS devices with NE107 status

OK Failure CheckFunction

Out ofSpecification

MaintenanceRequired

Getting access is NOT obvious but a decision!Plant Asset ManagementDevice Configuration Management HART Modem

(Point-2-Point)HART Multiplexer

(Point-2-Bus)[Bypass]HART Wireless

(Point-2-Wireless)HART Remote IO

(Point-2-Bus)[Pass through]HART Remote IO+PROFIBUS

(Point-2-Bus)

Industrial Ethernet