WirelessHART

Spolehlivý bezdrátový přenos v procesním prostředí

Logo WirelessHART

HART® (Highway Addressable Remote Transducer) je globální standardní protokol pro inteligentní procesní instrumentaci. V současné době je po celém světě instalováno do zařízení více než 30 milionů přístrojů s protokolem HART. Jeho plný potenciál je však vyčerpán jen u 10 % přístrojů.

Standard WirelessHART byl vyvinut HART Foundation, aby bylo uživatelům umožněno efektivní využívání přístrojů s protokolem HART. Výrobky WirelessHART společnosti Phoenix Contact jsou dimenzovány pro rychlou integraci do stávajících systémů.

WirelessHART: První bezdrátový standard pro průmyslové aplikace

V roce 2007 společnost HART Communication Foundation zveřejnila první bezdrátový standard, který byl speciálně zaměřen na průmyslové aplikace. Energeticky úsporná bezdrátová technologie WirelessHART je součástí standardu HART 7 a používá se v aplikacích procesní měřicí techniky k nahrazení původních signálních vodičů 4…20 mA, popř. k optimalizaci.

Standard WirelessHART se zakládá na robustní a spolehlivé technologii. Může být jednoduše používán na základě několika málo konfiguračních parametrů a téměř se všemi typy přístrojů.

Globální bezdrátová technologie

Bezdrátový přenos s WirelessHART formou bezdrátových modulů IEEE 802.15.4 s rádiovým vysílačem 10 mW může být díky volně využitelnému frekvenčnímu pásmu ISM 2,4 GHz používán po celém světě. Bezdrátové moduly dle 802.15.4 a ZigBee často tvoří základ energeticky úsporných bezdrátových sítí.

Srovnání kanálů WLAN a WirelessHART

Srovnání kanálů WLAN a WirelessHART

Protokol WirelessHART převádí horní čtyři vrstvy modelu OSI a přitom nabízí velké výhody oproti jiným rádiovým systémům s nízkým příkonem. To umožňuje spolehlivý paralelní provoz a vykazuje řadu možností pro optimální správu rádiových kanálů.

Pod tím se skrývá kombinace procesů frekvenčního rozprostření spektra a frekvenčních skoků DSSS a FHSS, technika CCA (Clear Channel Assessment), krátké doby přenosu a funkce Blacklisting.

Plně propojené sítě

Samoregenerační síť Full Mesh  

Samoregenerační síť Full Mesh

Nejdůležitější vlastností WirelessHART je schopnost samočinně vytvořit a konfigurovat propojené sítě. Tak může každý koncový přístroj v síti redundantně komunikovat prostřednictvím několika různých větví. Přičemž dosah ve volném prostoru činí asi 250 metrů a prostorová rozloha instalace zpravidla 50 až 100 metrů.

Tímto způsobem je zajištěna stálá dostupnost plně funkčních a připravených síťových uzlů. Plně propojené sítě se organizují zcela automaticky. Kromě toho jsou samoregenerační, což zaručuje trvalou spolehlivost a možnost plánování i u měnících se podmínek prostředí.

Přístroje s propojenými sítěmi mohou automaticky rozpoznat další přístroje, změřit sílu rádiového signálu a stanovit data pro synchronizaci a změnu frekvence. Podle potřeby mohou být vytvořena nebo přerušena spojení s jinými přístroji. Sítě a síťové uzly jsou označeny jednoznačným ID, čímž může být několik sítí provozováno paralelně bez toho, že by došlo k nežádoucí výměně dat nebo chybným signálům.

Časově synchronizovaná komunikace

Rozhodující pro bezchybnou správu bezdrátových kanálů a funkční síťovou strukturu je časově přesná optimalizace přenosu dat.

K časové regulaci používají sítě WirelessHART časový multiplex TDMA (Time Division Multiple Access). Přitom je pro každý z časově přesných a optimalizovaných průběhů přenosu k dispozici časové rozmezí 10 ms (časová poloha) i jeden z 15 kanálů. Jestliže nedochází ke komunikaci, přepnou se přístroje do energeticky úsporného režimu standby (velká část přístrojů je provozována s bateriemi).

Bezpečný přenos informací

Informační bezpečnost je zajištěna funkcemi ke kódování, oprávnění a zajištění integrity dat. Díky kódování AES 128 bitů jsou data chráněna před neoprávněným přístupem třetí osoby.

V rámci oprávnění je platnost identity vysílače kontrolována na základě zdrojových adres datových balíků, které jsou chráněny takzvanými Message Integrity Codes (MIC) 32 bitů. A zajištění integrity zaručuje, že informace budou beze změn přenášeny stejnými MIC. Kromě toho i změny frekvence na základě pseudo-nahodilého pořadí skoků přispívají k bezpečnosti dat.

Sítě WirelessHART

K zajištění výstavby bezpečné sítě je pro všechny přístroje před spojením se sítí potřebné oprávnění k přístupu. K tomu účelu síťová zařízení pravidelně odesílají a zveřejňují síťové informace formou malých datových paketů, takzvaných beacons.

Ke spojení nového zařízení se sítí musí být nejdříve přijat jeden z těchto datových paketů. Jakmile byl přijat jeden beacon, vyšle nové zařízení dotaz na spojení nadřazenému síťovému manažeru WirelessHART.

Proces oprávnění k přístupu pro nové síťové účastníky

Proces oprávnění k přístupu pro nové síťové účastníky

Dotaz na spojení vedle programovatelného síťového ID přístroje a spojovací klíče obsahuje další data oprávnění. Nejsou-li síťová ID a spojovací klíče akceptovány síťovým manažerem, vyšle k novému přístroji následující informace: Data oprávnění k přístupu i informace ke komunikační trase v síti a k zadanému časovému rozmezí pro přenos dat přístrojem.

Po úspěšném přenosu je přístroj spojen se sítí a z jeho strany může být použit k přenosu a zveřejnění dat.

Tři typy přístrojů WirelessHART

Brána WirelessHARTMěřicí přístroj WirelessHartAdaptér WirelessHART
Brána WirelessHARTMěřicí přístroj WirelessHartAdaptér WirelessHART
Rozsah funkcíWireless přístupový bod
+
Síťový manažer
+
Brána
Bezdrátový modul
+
Měřicí modul
+
Napájení
Bezdrátový modul
+
Možnost připojení
pro stávající zařízení
Oblast použitíNapojení na hostitelský systémBezdrátové měřeníNapojení kabelových
měřicích přístrojů na WirelessHART

U takzvané brány WirelessHART se podle standardu HART jedná o přístroj, který sestává ze tří komponentů:

  1. Bezdrátový modul použitý ke spojení jednotlivých polních přístrojů (Wireless Access Point).
  2. Software, který jako centrální řídicí jednotka (síťový manažer) řídí síťová spojení a zajišťuje bezpečnost sítě i oprávnění polních přístrojů. Síťový manažer kromě toho optimalizuje datový provoz v síti a zajišťuje, že mohou být data stále přenášena v zadaných intervalech prostřednictvím síťových přístrojů.
  3. Vlastní brána, která funguje jako rozhraní mezi sítí zařízení, popř. hostitelským systémem a sítí WirelessHART. Tři popsané komponenty mohou sdruženy v jednom modulu nebo zvlášť použity v libovolných kombinacích, s možností pozdějšího rozšíření o několik přístupových bodů.

Přístroje WirelessHART (většinou bezdrátové měřicí přístroje) sestávají z jednoho bezdrátového modulu, který je kombinován s funkcemi měření nebo monitoringu. Umožňují komfortní rozšíření stávajících systémů i rychlé nasazení do nových zařízení.

Tak mohou být bezproblémově integrovány měřicí body dříve nepřístupné kvůli vysokým výdajům na kabeláž nebo ekologickým omezením. Přístroje WirelessHART mohou být napájeny solárním, síťovým nebo bateriovým provozem i proudovou smyčkou.

Adaptérem WirelessHART lze stávající kabelové přístroje HART spojit se sítí WirelessHART. Adaptér může být připojen ke stávající kabeláži 4-20 mA a zaznamenávat takto přijímaný signál bez toho, že by byl rušen nebo přerušen.

Adaptéry WirelessHART mohou zaznamenávat signály několika přístrojů HART, a tak mohou být náklady na instalaci udržovány na nízké úrovni. Adaptéry WirelessHART mohou být napájeny proudovou smyčkou i síťovým nebo bateriovým provozem. Adaptéry se používají zejména k zaznamenávání signálů HART přístrojů HART, které již byly instalovány a jsou připojeny k hostitelskému zařízení bez funkce HART.

PHOENIX CONTACT, s.r.o.

Dornych 47
CZ-617 00 Brno
+420 542 213 401

Servis

Tato webová stránka používá soubory cookies , pokračováním v prohlížení stránek souhlasíte s naší cookie politikou. Více informací naleznete v našich zásadách o ochraně osobních údajů.

zavřít