WirelessHART

Luotettava langaton tiedonsiirto prosessiympäristössä

Logo WirelessHART

HART® (Highway Addressable Remote Transducer) on älykkään prosessitekniikan maailmanlaajuinen protokollastandardi. Tällä hetkellä yli 30 miljoonaa HART-kykyistä laitetta on asennettu maailmanlaajuisiin järjestelmiin. Kuitenkin vain 10 % laitteista käyttää sen kaikkia mahdollisuuksia.

WirelessHART-standardin kehitti HART Foundation, jotta käyttäjät voisivat hyödyntää tehokkaammin HART-kykyisiä laitteita. Phoenix Contactin WirelessHART-tuotteet voidaan integroida nopeasti olemassa oleviin järjestelmiin.

WirelessHART: teollisuussovellusten ensimmäinen langaton standardi

HART Communication Foundation julkaisi vuonna 2007 ensimmäisen langattoman standardin, joka on tarkoitettu erityisesti teollisuuden sovelluksiin. Energiatehokas, langaton WirelessHART-tekniikka on osa standardia HART 7, ja sitä käytetään prosessimittaustekniikan sovelluksissa perinteisten 4…20 mA -signaalijohdinten korvaamiseksi tai käytön optimoimiseksi.

WirelessHART-standardi perustuu kestävään ja luotettavaan tekniikkaan. Sitä voidaan käyttää helposti muutamien konfigurointiparametrien avulla ja lähes kaikkien laitetyyppien kanssa.

Maailmanlaajuinen langaton tekniikka

Langatonta WirelessHART-tiedonsiirtoa standardin IEEE 802.15.4 langattomien moduulien muodossa ja langattoman 10 mW -vastaanottimen avulla voidaan käyttää lisenssivapaalla 2,4 GHz ISM -taajuuskaistalla maailmanlaajuisesti. Standardin 802.15.4 ja ZigBeen mukaiset langattomat moduulit ovat usein energiatehokkaiden langattomien verkkojen perustana.

WLAN- ja WirelessHART-kanavien vertailu

WLAN- ja WirelessHART-kanavien vertailu

WirelessHART-protokolla muuntaa neljä ylintä OSI-mallin kerrosta ja muihin langattomiin järjestelmiin verrattuna vähäisempi tehonkulutus tarjoaa selviä etuja. Se mahdollistaa luotettavan rinnakkaiskäytön ja useita vaihtoehtoja langattomien kanavien optimaaliseen hallintaan.

Näihin kuuluvat DSSS- ja FHSS-menetelmien yhdistelmä (suorasekventointi ja taajuushyppely), CCA-tekniikka (Clear Channel Assessment), lyhyet siirtoajat ja Blacklisting-ominaisuus.

Täysin limitetyt verkot

Itsekorjautuva Full-Mesh-verkko  

Itsekorjautuva Full-Mesh-verkko

WirelessHARTin tärkein ominaisuus on kyky rakentaa ja konfiguroida itsenäisesti limitettyjä verkkoja. Näin jokainen verkossa oleva laite voi kommunikoida redundanttisesti useamman eri polun kautta. Kantama esteettömällä alueella on noin 250 metriä ja tietoverkon kattavuus yleensä 50 - 100 metriä.

Näin voidaan varmistaa, että täysin toimintakykyiset ja käyttövalmiit verkkosolmut ovat aina käytettävissä. Täysin limitetyt verkot konfiguroituvat automaattisesti Lisäksi ne ovat itsekorjautuvia, mikä takaa jatkuvan luotettavuuden ja suunnittelumahdollisuudet myös vaihtuvissa ympäristöoloissa.

Limitettyjen verkkojen laitteet tunnistavat automaattisesti muut laitteet ja mittaavat langattoman signaalin vahvuuden sekä synkronoinnin ja taajuuden muutoksen tiedot. Ne voivat tarpeen mukaan muodostaa yhteyden muihin laitteisiin tai katkaista sen. Verkot ja verkkosolmut tunnistetaan yksiselitteisellä ID:llä. Näin useammat verkot voivat toimia rinnakkain ilman ei-toivottua tiedonvaihtoa tai signaalien virhesiirtoja.

Aikasynkronoitu tiedonsiirto

Langattoman kanavan virheettömän hallinnan ja toimivan verkkorakenteen edellytys on tiedonsiirron ajallinen täsmällisyys.

Ajallista säätöä varten WirelessHART-verkot käyttävät aikajakokanavointia TDMA (Time Division Multiple Access). Jokaiselle ajallisesti tarkoin määritellylle tiedonsiirtotapahtumalle on käytössä 10 ms:n aikaikkuna (aikaväli) sekä yksi 15 kanavasta. Kun tiedonsiirtoa ei ole, laitteet kytkeytyvät energiaa säästävään valmiustilaan (suurin osa laitteista on akkukäyttöisiä).

Turvallinen tiedonsiirto

Salaus, todennus ja tietojen eheyden suojaus varmistavat tietoturvallisuuden. 128 bittinen AES-salaus estää luvattoman pääsyn tietoihin.

Todennuksen aikana lähettäjän identiteetti tarkastetaan käyttämällä paketin lähdeosoitteita, jotka suojataan 32 bittisten MIC-koodien (Message Integrity Codes) avulla. Eheyden suojaus takaa, että tiedot siirretään muuttumattomina samoja MIC-koodeja käyttämällä. Lisäksi taajuuden muutos tukee tietoturvallisuutta, koska taajuushyppely tapahtuu näennäisen satunnaismallin mukaisesti.

WirelessHART-verkot

Turvallisen verkkorakenteen vamistamiseksi todennus edellytetään kaikilta laitteilta ennen verkkoyhteyttä. Tätä varten verkkolaitteet lähettävät ja julkaisevat säännöllisesti verkkotietoja pienten tietopakettien (ns. Beacon) muodossa.

Jotta uusi laite voidaan liittää verkkoon, sen pitää ensin vastaanottaa yksi tällainen tietopaketti. Kun Beacon on vastaanotettu, uusi laite lähettää yhteyskyselyn ylempitasoiseen WirelessHART Network Manager -ohjelmaan.

Uusien verkkolaitteiden todennusprosessi

Uusien verkkolaitteiden todennusprosessi

Yhteyskysely sisältää laitteen ohjelmoidun verkko-ID:n ja yhteysavaimen lisäksi muita todennustietoja. Kun Network Manager hyväksyy verkko-ID:n ja yhteysavaimen, seuraavat tiedot lähetetään uuteen laitteeseen: todennustiedot sekä tiedot verkon tiedonsiirtopolkua ja asetettua aikaikkunaa varten tietojen lähettämiseksi laitteen kautta.

Onnistuneen tiedonsiirron jälkeen laite on yhdistetty verkkoon ja sitä voidaan puolestaan käyttää tietojen siirtämiseen ja julkaisemiseen.

Kolme WirelessHART-laitetyppiä

WirelessHART-yhdyskäytäväWirelessHart-mittalaiteWirelessHART-adapteri
WirelessHART-yhdyskäytäväWirelessHart-mittauslaiteWirelessHART-adapteri
ToiminnotWireless-tukiasema
+
Network Manager
+
Yhdyskäytävä
Langaton moduuli
+
Mittausmoduuli
+
Teholähde
Langaton moduuli
+
Liitäntämahdollisuus
kiinteille laitteille
KäyttöalueLiitäntä Host-järjestelmäänJohdoton mittausKiinteiden
mittauslaitteiden liitäntä WirelessHARTiin

WirelessHART-yhdyskäytävä on HART-standardin mukaan kolmesta komponentista koostuva laite:

  1. Komponentti yksittäisten kenttälaitteiden langattoman moduulin liittämiseksi (Wireless-tukiasema).
  2. Keskusohjausyksikkönä toimiva ohjelmisto (Network Manager), joka ohjaa verkkoyhteyksiä sekä huolehtii verkkoturvallisuudesta ja kenttälaitteiden todennuksesta. Network Manager optimoi myös verkon tietoliikenteen ja varmistaa, että tiedot voidaan aina lähettää asetetuissa aikaväleissä verkkolaitteiden kautta.
  3. Varsinainen yhdyskäytävä, joka toimii järjestelmän verkon tai Host-järjestelmän ja WirelessHART-verkon välisenä liitäntänä. Kuvatut kolme komponenttia on voitu koota yhdeksi rakenneryhmäksi tai niitä voidaan käyttää erikseen vapaina yhdistelminä, jolloin tukiasemia voidaan lisätä järjestelmään myöhemmin.

WirelessHART-laitteet (useimmiten johdottomia mittauslaitteita) koostuvat langattomasta moduulista, johon on yhdistetty mittaus- tai valvontatoimintoja. Ne mahdollistavat valmiiden järjestelmien vaivattoman laajennuksen sekä nopean käyttöönoton uusissa järjestelmissä.

Näin voidaan integroida helposti mittauspisteitä, joihin ei ole aiemmin päästy käsiksi runsaan johdotuksen tai ekologisten rajoitusten vuoksi. WirelessHART-laitteiden teholähteenä toimii aurinkoenergia, verkkolaite, akku tai virtakisko.

WirelessHART-adapterin avulla voidaan liittää olemassa olevat, kiinteät HART-laitteet WirelessHART-verkkoon. Adapteri voidaan kytkeä 4-20 mA -johtoon ja sen kautta siirretty signaali voidaan vastaanottaa ilman häiriöitä tai katkoja.

WirelessHART-adapterit voivat vastaanottaa useamman HART-laitteen signaaleja. Tämä säästää asennuskustannuksia. WirelessHART-adapterien teholähteenä toimii virtakisko, verkkolaite tai akku. Adaptereja käytetään etenkin jo asennettujen HART-laitteiden HART-signaalien vastaanottamiseen, kun laite on liitetty Host-järjestelmään, joka ei ole HART-kykyinen.

PHOENIX CONTACT OY

Niittytie 11
FI-01300 Vantaa
Contact Center:
+358 (0)9 3509 0290

Tekninen asiakaspalvelu:
+358 (0)9 3509 0260

Puheluiden hinnat 1.6.2016 alkaen 8,35 snt/puhelu + 16,69 snt/minuutti.

Tämä sivusto käyttää evästeitä. Jatkamalla sivuston selaamista, hyväksyt evästeiden käytön. Lue lisää ehdoistamme.

Sulje