WirelessHART

Pålidelig trådløs overførsel i procesmiljøet

Logo WirelessHART

HART (Highway Addressable Remote Transducer) er en global protokolstandard til intelligent procesinstrumentering. Der er p.t. installeret over 30 mio. HART-egnede komponenter i anlæg over hele verden. Komponenternes fulde potentiale udnyttes dog kun af 10 % af dem.

Standard WirelessHART-systemet blev udviklet af HART Foundation for at give brugerne en mere effektiv udnyttelse af deres HART-egnede komponenter. WirelessHART-produkter fra Phoenix Contact er beregnet til hurtig integrering i eksisterende systemer.

WirelessHART: Den første wireless standard til industrielle anvendelser

I året 2007 offentliggjorde HART Communication Foundation den første wireless standard, som var specielt designet til industrielle anvendelser. Den energieffektive trådløse teknologi WirelessHART er del af standarden HART 7 og anvendes i procesmåleteknik for at erstatte de traditionelle 4-20 mA-signalledere eller at optimere brugen af dem.

Standarden WirelessHART er baseret på en robust og pålidelig teknologi. Denne kan på en nem måde anvendes vha. få konfigurationsparametre og med næsten alle komponenttyper.

Global trådløs teknologi

Trådløs overførsel med WirelessHART i form af trådløse IEEE 802.15.4-moduler med 10 mW trådløs transceiver kan anvendes globalt over det licensfrit brugbare 2,4 GHz-ISM-frekvensbånd. Trådløse moduler iht. 802.15.4 og ZigBee er ofte grundlaget for energieffektive trådløse netværker.

Sammenligning af WLAN- og WirelessHART-kanaler

Sammenligning af WLAN- og WirelessHART-kanaler

Protokollen WirelessHART omsætter de øverste fire lag i OSI-lagmodellen og giver dermed tydelige fordele i forhold til andre trådløse systemer med lave effektoptagelse. Den muliggør en pålidelig paralleldrift og udviser en række muligheder for optimal forvaltning af trådløse kanaler.

Herunder findes der en kombination af frekvensspreder- og frekvenshopprocesserne DSSS og FHSS, CCA-teknik (Clear Channel Assessment), korte overførselstider og blacklisting-funktionalitet.

Helt fintmaskede netværk

Selvhelende Full Mesh-netværk  

Selvhelende Full Mesh-netværk

Den vigtigste egenskab for WirelessHART er, at det med den er muligt selvstændigt at opbygge og konfigurere fintmaskede netværk. Således kan ethvert periferiapparat i nettet kommunikere via flere forskellige stier. Rækkevidden i et frit område er ca. 250 m og den rummæssige udstrækning af installationen er som regel 50 til 100 m.

På denne måde er det sikret, at der hele tiden står fuldt funktionsdygtige og brugsklare netværkspunkter til rådighed. Helt fintmaskede netværk kan organisere sig fuldautomatisk. De er yderst selvhelende, hvilket sikrer en varig pålidelighed og mulighed for at planlægge, også i skiftende miljøer.

Komponenter i fintmaskede netværk kan genkende andre komponenter automatisk, måle styrken på et trådløst signal og opsamle data for synkronisering og frekvensskift. Alt efter behov kan de opbygge eller afbryde forbindelser til andre komponenter. Netværk og netværkspunkter er mærket med en entydig ID, hvorfor flere netværk kan drives parallelt, uden at der sker en uønsket dataudveksling eller forkert videreførsel af signal.

Tidssynkroniseret kommunikation

Det er afgørende for fejlfri forvaltning af trådløse kanaler og fungerende netværksudbygning, at der sker en nøjagtig tidsmæssig afstemning af dataoverførslen.

Til den tidsmæssige regulering anvender WirelessHART-netværk tidsmultiplexprocessen TDMA (Time Division Multiple Access). Her står der til enhver af de tidsmæssigt nøjagtigt afstemte overførselsprocesser et tidsvindue på 10 ms samt en af de 15 kanaler til rådighed. Når der ikke foregår nogen kommunikation, kobler komponenterne over i en energibesparende standby-modus (størstedelen af komponenterne er batteridrevne).

Sikker overførsel af informationer

Informationssikkerheden garanteres af funktioner til kryptering, autentifikation og sikring af dataintegritet. Takket være 128 bit AES-kryptering er data beskyttet mod uautoriseret adgang af tredjemand.

Under autentifikationen kontrolleres gyldigheden af senderens identitet vha. pakkens kildeadresse, som beskyttes af de såkaldte 32 bit Message Integrity Codes (MIC). Og sikringen af integritet garanterer, at informationer overføres uændret vha. de samme MIC. Derudover bidrager også frekvensskiftet pga. den pseudo-tilfældige hop sekvens til datasikkerheden.

WirelessHART-netværk

For at garantere opbygningen af et sikkert netværk er det nødvendigt med en autentifikation for alle komponenter før tilslutning til netværket. Til dette sender og offentliggør netværkskomponenterne regelmæssigt netværksinformationer i form af små datapakker, de såkaldte Beacons.

For at en ny komponent kan blive forbundet med netværket skal den først modtage en af disse datapakker. Så snart en Beacon er modtaget, sender den nye komponent en forespørgsel om forbindelse til den overordnede WirelessHART-netværksmanager.

Autentificeringsproces for nye netværksdeltagere

Autentificeringsproces for nye netværksdeltagere

Forbindelsesforespørgslen indeholder ud over programmeret netværks-ID for komponenten og forbindelsesnøglen også flere autentifikationsdata. Hvis netværks-ID og forbindelsesnøgle accepteres af en netværksmanager, sender denne følgende informationer til den nye komponent: Autentifikationsdata og informationer til kommunikationsstien i nettet og til det givne tidsvindue for overførsel af data gennem komponenten.

Efter overdragelse er komponenten forbundet med netværket og kan på sin side anvendes til overførsel og offentliggørelse af data.

De tre WirelessHART-komponenttyper

WirelessHART GatewayWirelessHart-måleapparatWirelessHART-adapter
WirelessHART GatewayWirelessHart-måleapparatWirelessHART-adapter
FunktionsomfangWireless Access Point
+
Netværksmanager
+
Gateway
Trådløst modul
+
Målemodul
+
Strømforsyning
Trådløst modul
+
Tilslutningsmulighed
for lagerinventar
AnvendelsesområdeTilslutning til host-systemetTrådløs målingTilslutning af kabelbundne
målekomponenter ved WirelessHART

Ved den såkaldte WirelessHart-Gateway drejer det sig iflg. HART-standarden om et apparat, der består af tre komponenter:

  1. Det trådløse modul, der er anvendt til tilslutning af de enkelte fieldkomponenter (Wireless Access Point).
  2. Den software, der som central styreenhed (netværksmanager) styrer netværksforbindelserne, og som sørger for netværkssikkerhed samt autentifikation af fieldkomponenter. Netværksmanageren optimerer desuden datatrafikken i netværket og sikrer, at dataene hele tiden kan overføres via netværkskomponenterne i de planlagte intervaller.
  3. Den egentlige Gateway, der fungerer som grænseflade mellem anlægsnetværket eller host-systemet og WirelessHART-netværket. De beskrevne tre komponenter kan være sammenfattet i en modulgruppe eller anvendt separat i vilkårlige kombinationer, med mulighed for senere udvidelse med flere Access Points.

WirelessHART-komponenter (mest kabelfri måleapparater) består af et trådløst modul, som er kombineret med måle- og overvågningsfunktioner. De muliggør en komfortable udvidelse af eksisterende systemer samt en hurtig anvendelse i nye anlæg.

Tidligere utilgængelige målepunkter, enten pga. for stort besvær med kabling eller økologiske begrænsninger. kan således integreres problemfrit. Strømforsyningen fra WirelessHART-komponenter kan ske via sol-, net- eller batteridrift samt gennem forsyningssløjfer.

Med WirelessHART-adapteren kan allerede eksisterende, kabelbundne HART-komponenter forbindes med et WirelessHART-netværk. Adapteren kan tilsluttes til den eksisterende 4-20 mA-kabling og optage det signal, der overføres derpå, uden at dette forstyrres eller afbrydes.

WirelessHART-adapteren kan optage signaler fra flere HART-komponenter, hvorfor installationsomkostningerne kan holdes nede. Strømforsyningen fra WirelessHART-adaptere kan ske gennem forsyningssløjfer samt pr. net- eller batteridrift. Adapterne anvendes især for at optage HART-signaler fra allerede installerede HART-komponenter, som er tilsluttet en host uden HART-funktionalitet.

PHOENIX CONTACT A/S

Hammerholmen 48
Postboks 1181
2650 Hvidovre
36 77 44 11

Denne hjemmeside anvender cookies. Ved at fortsætte accepterer du vores cookie regler. Læs vores erklæring om beskyttelse af persondata.

Luk