Le protocole HART (Highway Addressable Remote Transducer) a joué un rôle crucial dans l’évolution des technologies de communication industrielles depuis son introduction dans les années 1980. Conçu pour améliorer la communication entre les instruments de mesure et les systèmes de contrôle, HART a été largement adopté pour son efficacité dans les environnements industriels. Cet article examine l'avenir du protocole HART, en explorant ses points forts actuels, ses défis, et les évolutions potentielles qui pourraient influencer son rôle dans l'industrie.
En bref
- Le parc existant fait de la résistance : Malgré ses limites de vitesse, le HART reste incontournable pour moderniser sans engager les coûts pharaoniques d'un recâblage complet.
- La sécurité avant tout : Si la 5G et le Wireless s'imposent pour la supervision et la maintenance, le câblage classique reste la norme pour les boucles de sécurité critiques (SIL, arrêts d'urgence).
- Une transition par les "petits pas" : Les évolutions comme le HART 7 et le HART-IP permettent de faire le pont avec l'IIoT de manière progressive et économique.
Origine et forces du standard HART en instrumentation
Le fonctionnement du protocole hart
Le protocole HART a été développé pour permettre une communication bidirectionnelle entre les instruments de terrain et les systèmes de contrôle. Il utilise la modulation de fréquence pour superposer des informations numériques sur des signaux analogiques de 4-20 mA, ce qui permet une communication de données en parallèle avec les mesures de processus.
Configuration et diagnostic à distance : les gains opérationnels du protocole
- Compatibilité avec les Systèmes Existants : HART est compatible avec les anciens systèmes de contrôle qui utilisent des signaux analogiques. Cela a facilité son adoption dans de nombreux environnements industriels sans nécessiter de mises à niveau complètes.
- Communication Bidirectionnelle : Le protocole permet non seulement la transmission de données de mesure, mais aussi la configuration et le diagnostic des instruments à distance, ce qui améliore l’efficacité des opérations et réduit le besoin de maintenance sur site.
- Interrogation et Diagnostics : HART offre des capacités d’interrogation et de diagnostic qui permettent aux utilisateurs de vérifier les performances des instruments et de détecter les problèmes avant qu'ils ne deviennent critiques.
Les défis techniques face aux architectures réseaux modernes
Limites de vitesse et de bande passante face à la concurrence
Bien que HART ait été innovant à son époque, ses capacités de bande passante et de vitesse de communication sont limitées par rapport aux protocoles plus récents comme FOUNDATION Fieldbus (EMERSON), PROFIBUS (SIEMENS), et Ethernet/IP (MODBUS TCP/IP de MODICON – SCHNEIDER ELECTRIC). Cette limitation peut restreindre son utilisation dans des applications nécessitant des débits de données plus élevés.
Complexité d'intégration et coûts associés
Pour certains utilisateurs, la gestion des communications HART peut devenir complexe, surtout lorsqu'ils doivent intégrer le protocole dans des réseaux plus sophistiqués ou avec des systèmes plus modernes. Le coût associé à l’intégration de dispositifs HART dans des systèmes avancés peut également être un frein.
L'impact de la transition numérique et de la 5G
L'évolution rapide des technologies de communication, y compris la montée en puissance des protocoles numériques et des réseaux industriels basés sur IP, pose des défis pour HART. L'émergence de technologies comme le IIoT (Industrial Internet of Things) et la 5G pourrait rendre les protocoles plus anciens moins attrayants. Cependant la 5G se retrouve dans la plupart des cas quand l’installation de kilomètres de câble est très onéreuse : bac de stockage, stockage ou encore sur des quais de déchargement.
A sein même d’un groupe de travail sur une usine de chimie, j’ai participé à retenir le choix des réseaux de terrain HONEYWELL sur support 5G pour le revamping d’un quai de chargement de produits chimiques. Comme le site était classé SEVESO II, nous avons conservé le câblage classique des fonctions de sécurité critiques (Arrêt d'urgence (ESD), Boucles SIL, les détections de gaz, interverrouillages de sécurité). La 5G a été utilisée pour l’exploitation, la supervision, les diagnostics, la maintenance, mais aussi pour des échanges de données de production.
Les évolutions du protocole : du diagnostic à l'IIoT
L'opportunité du HART 7 pour les équipements multivariables
La version HART 7, introduite pour améliorer les capacités du protocole, offre des fonctionnalités supplémentaires telles que le support de la communication numérique avancée et des diagnostics améliorés. Cependant, la mise en œuvre de HART 7 peut nécessiter des mises à niveau substantielles des équipements existants.
Malgré l’avancement des technologies, nous trouvons encore des ingénieries client qui restent sur des architectures d’automatisme ancienne. Les raisons évoquées, dans la plupart des cas, sont :
- robustesse,
- habitude,
- protocole HART sur le 4-20mA,
- alimentation des boucles, etc.
Dans ces cas précis, il est très difficile d’utiliser la puissance possible d’un changement de technologie et nous nous contentons de la méthode des « petits pas » tout en mettant en place un protocole HART 7 qui va nous permettre d'accéder simultanément jusqu'à 8 variables avec leurs statuts associés sur certains équipements multivariables comme par exemple sur débitmètre Coriolis.
Le virage du HART-IP et l'intégration Ethernet
HART-IP est une extension du protocole HART qui permet l’intégration avec des réseaux Ethernet industriels, facilitant la communication HART dans des environnements basés sur IP. Cette extension permet de tirer parti des avantages des réseaux modernes tout en conservant les capacités de HART.
Par exemple, lors de ma mission au sein du Bureau d’Études (BE) Usine de KEM ONE à Fos sur mer, nous avons retenu le protocole HART IP sur du matériel EMERSON car toute l’architecture réseau IP Wireless avait déjà été installée. Le besoin de l’exploitant lors de la reconstruction d’un réservoir était de mettre en place des pots de garniture et de les instrumenter pour la surveillance des pompes associées.
La déclaration des mesures de température et de pression a ainsi été très rapide dans les boucles Wireless. Par contre, j’ai pu constater que les intégrateurs locaux, ici TCPI, n’étaient pas toujours au fait des configurations internes des outils de leurs clients. Cela démontre bien un déploiement lent de ce type de protocole.
Convergence IIoT et interopérabilité
Le protocole HART continue de s’adapter aux exigences de l’Internet des Objets Industriels (IIoT). En intégrant HART avec des plateformes de gestion des données et des systèmes d’analyse avancés, les entreprises peuvent tirer parti des capacités de diagnostic et de configuration à distance offertes par HART tout en bénéficiant des avantages de l’IIoT.
Les efforts pour moderniser et améliorer l’interopérabilité des dispositifs HART avec d’autres protocoles de communication et technologies sont en cours. Les améliorations dans la compatibilité et l’intégration des systèmes HART avec les technologies modernes peuvent prolonger la durée de vie du protocole et le rendre pertinent dans des environnements industriels en évolution.
Applications Niche et Maintien du Support
Malgré les défis, HART reste utile dans de nombreux environnements industriels où la compatibilité avec les systèmes existants est essentielle. Les fabricants continuent de soutenir le protocole en proposant des mises à jour et des solutions pour intégrer HART dans des environnements plus modernes.
En effet, une construction neuve, avec des enjeux importants, se retrouve encore à tirer des kilomètres de câble pour le suivi des garnitures de ses moteurs alors que cette fonction pourrait être , comme chez KEM ONE, basculée sur un protocole HART IP avec un réseau sans fils Wireless ou bien même basculé sur un support en 5G.
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Pour conclure
Le protocole HART, bien que développé il y a plusieurs décennies, continue de jouer un rôle important dans l’industrie grâce à sa compatibilité avec les systèmes analogiques existants et ses capacités de communication bidirectionnelle. Cependant, il fait face à des défis importants en raison de l’évolution rapide des technologies de communication. L’avenir de HART semble se concentrer sur l’intégration avec les réseaux IP via HART-IP, la modernisation pour répondre aux besoins de l’IIoT, et l’amélioration de l’interopérabilité avec les technologies plus récentes. Malgré ces défis, HART est susceptible de rester un élément précieux dans l’arsenal des technologies industrielles, surtout dans les applications où la compatibilité avec des équipements plus anciens est cruciale.
