WirelessHART

Megbízható rádiós átvitel a folyamatok környezetében

WirelessHART logó

A HART (Highway Addressable Remote Transducer, buszon címezhető távoli átalakító) az intelligens folyamatműszerezés globális protokollszabványa. Az egész világon jelenleg több, mint 30 millió HART-képes készülék van a berendezésekbe beépítve. Az összes képességüket azonban csupán a készülékek 10%-ánál használják ki.

A WirelessHART szabványt a HART Foundation fejlesztette ki annak érdekében, hogy a felhasználók hatékonyabban használhassák HART-képes készülékeiket. A Phoenix Contact WirelessHART termékeit úgy alakítottuk ki, hogy gyorsan integrálni lehessen őket a meglevő rendszerekbe.

WirelessHART: az első rádiós szabvány ipari alkalmazásokhoz

A HART Communication Foundation 2007-ben hozta nyilvánosságra az első olyan rádiós szabványt, amely speciálisan az ipari alkalmazásokat célozta meg. A jó energetikai hatásfokú WirelessHART rádiós technológia a HART 7 szabvány része, a folyamat-méréstechnikai alkalmazásokban használható a szokásos 4…20-mA-es jelvezetékek kiváltásához vagy optimális használatához.

A WirelessHART szabvány robusztus és megbízható technológián alapul. Egyszerű módon, kevés konfigurációs paraméterrel és szinte minden készüléktípushoz alkalmazható.

Globális rádiós technológia

A WirelessHART rádiós átvitelt az IEEE 802.15.4 szerinti 10 mW-os rádióadó-vevővel felszerelt rádiós modulok formájában világszerte alkalmazni lehet a licencdíj-mentesen használható 2,4 GHz-es ISM frekvenciasávban. A 802.15.4 és a ZigBee szerinti rádiós modulok gyakran képezik a jó energetikai hatásfokú rádiós hálózatok alapját.

A WLAN- és a WirelessHART-csatornák összehasonlítása

A WLAN- és a WirelessHART-csatornák összehasonlítása

A WirelessHART protokoll a többrétegű OSI buszmodell felső négy rétegét valósítja meg, és jelentős előnyöket kínál a többi rádiós rendszerhez képest a csekély teljesítményfelvételnek köszönhetően. Lehetővé teszi a megbízható párhuzamos üzemeltetést, egy sor lehetőséget rejt magában a rádiós csatornák optimális menedzselését illetően.

Ezek közé tartozik a DSSS és FHSS frekvenciakibővítő és frekvenciaugrásos eljárások kombinációja, a CCA technika (Clear Channel Assessment, tiszta csatorna keresés), a rövid átviteli idők és a blacklisting (feketelista) funkció.

Mesh hálózatok

Önjavító Mesh hálózat  

Önjavító Mesh hálózat

A WirelessHART fő tulajdonsága az, hogy önállóan fel lehet építeni és konfigurálni Mesh hálózatokat. Így a hálózat minden egyes végberendezése több különböző útvonalon keresztül, redundáns módon kommunikálhat. A szabadtéri hatótávolság kb. 250 méter, az installáció térbeli kiterjedése 50 és 100 méter között van.

Ezen a módon garantálni lehet, hogy mindig teljesen működőképes és bevetésre kész hálózati csomópontok álljanak rendelkezésre. A komplett Mesh hálózatok automatikusan megszervezik önmagukat. Ezenkívül öngyógyító képességekkel rendelkeznek, ami szavatolja a hosszú távú megbízhatóságot és tervezhetőséget változó környezeti feltételek között is.

A Mesh hálózatokba szervezett készülékek képesek automatikusan felismerni más készülékeket, megmérni a rádiójel erősségét, valamint kiértékelni a szinkronizáció és a frekvenciaváltás adatait. Igény szerint fel tudják építeni és bontani tudják a többi készülékhez vezető összeköttetéseket. A hálózatokat és a hálózati csomópontokat egyértelmű azonosítók jelölik, aminek eredményeként több hálózatot lehet párhuzamosan üzemeltetni anélkül, hogy nem kívánatos adatcsere történjen, vagy egyes jelek félremenjenek.

Időszinkronizált kommunikáció

A rádiócsatornák hibátlan menedzselése és a jól működő hálózati felépítés szempontjából döntő fontosságú az adatátvitel pontos időbeli összehangolása.

Az időbeli szabályozáshoz a WirelessHART hálózatok a TDMA (Time Division Multiple Access, időosztásos többes hozzáférés) eljárást használják. Ennél minden egyes időben pontosan összehangolt átviteli folyamathoz egy 10 ms hosszúságú időablak (időrés) és a 15 csatorna egyike áll rendelkezésre. Ha nincs kommunikáció, a készülékek az energiatakarékos készenléti állapotba kapcsolnak (standby, mert a készülékek nagy része elemes/akkumulátoros táplálású).

Információk biztonságos átvitele

Az információbiztonságot a titkosítás, a hitelesítés és az adatintegritás biztosításának funkciói garantálják. A 128 bites AES-titkosítás megvédi az adatokat harmadik felek illetéktelen hozzáférésétől.

A hitelesítés során a küldő azonosságát a csomagforráscímek segítségével lehet ellenőrizni, amelyeket az úgynevezett 32 bites üzenetintegritási kódok (message integrity code, MIC) védik. Az integritást az biztosítja, hogy az információkat változatlanul, ugyanazzal a MIC kóddal viszik át az egységek. Ezenkívül az álvéletlen ugrási sorrenden alapuló frekvenciaváltás is hozzájárul az adatbiztonsághoz.

WirelessHART hálózatok

A biztonságos hálózat felépítése érdekében minden készülék számára kötelező a hitelesítés a hálózathoz való kapcsolódás előtt. Ehhez a hálózati készülékek rendszeres időközönként kis adatcsomagok, úgynevezett beaconok formájában hálózati információkat küldenek és tesznek közzé.

Ahhoz, hogy egy új készülék kapcsolódhasson a hálózathoz, először fogadnia kell az ilyen adatcsomagok egyikét. Amint egy beacont fogadott, az új készülék kapcsolódási kérelmet küld a fölérendelt WirelessHART hálózatkezelőnek.

Hitelesítési eljárás új hálózati résztvevők számára

Hitelesítési eljárás új hálózati résztvevők számára

A kapcsolódási kérelem a készülék programozott hálózati azonosítója és a kapcsolati kulcs mellett további hitelesítési adatokat is tartalmaz. Ha a hálózatkezelő elfogadja a hálózati azonosítót és a kapcsolati kulcsot, a következő információkat küldi meg az új készüléknek: hitelesítési adatok, valamint a hálózaton belüli kommunikációs útvonal és a készülék adatátviteléhez előre megadott időablak információi.

A sikeres átküldés után a készülék össze van kötve a hálózattal, és a maga részéről készen áll arra, hogy felhasználják adatok átvitelére és közzétételére.

A három WirelessHART készüléktípus

WirelessHART gatewayWirelessHART mérőkészülékWirelessHART adapter
WirelessHART átjáróWirelessHart mérőkészülékWirelessHART adapter
FunkciókészletWireless Access Point
+
hálózatkezelő
+
átjáró
Rádiós modul
+
mérő modul
+
tápellátás
Rádiós modul
+
csatlakozási lehetőség
az állományba tartozó készülékeknek
Alkalmazási területCsatlakoztatás a gazdarendszerhezKábel nélküli mérésKábelhez kötött mérőkészülékek
csatlakoztatása a WirelessHART rendszerhez

Az úgynevezett WirelessHART gateway esetében a HART szabvány szerint egy három összetevőből álló készülékről beszélhetünk:

  1. Az egyes terepi készülékek összekapcsolására használt rádiós modul (Wireless Access Point).
  2. A központi vezérlőegységként (hálózatkezelőként) a hálózati kapcsolatokat vezérlő, valamint a hálózatbiztonságról és a terepi készülék hitelesítéséről gondoskodó szoftver. A hálózatkezelő ezenkívül optimalizálja a hálózat adatforgalmát, és garantálja azt, hogy az adatok az előre megadott intervallumokban mindig átjussanak a hálózati készülékeken.
  3. A tulajdonképpeni gateway interfészként szolgál a létesítmény hálózata, ill. a gazdarendszer és a WirelessHART hálózat között. Az ismertetett három összetevő egy részegységként is működhet, illetve külön-külön tetszőleges kombinációkban is alkalmazható annak érdekében, hogy lehetőség legyen a további hozzáférési pontokkal való későbbi bővítésre.

A WirelessHART készülékek (a legtöbb esetben kábel nélküli mérőkészülékek) tartalmaznak egy rádiós modult, amely mérő vagy monitoring funkciókkal van kombinálva. Lehetővé teszik meglevő rendszerek kényelmes kibővítését, de gyorsan alkalmazhatók új létesítményekben is.

A korábban a nagy kábelezési ráfordítások vagy ökológiai korlátozások miatt nem hozzáférhető mérési pontokat így gond nélkül integrálni lehet. A WirelessHART készülékek tápellátását napelemmel, hálózatról, elemmel/akkumulátorral vagy huroktáplálással lehet megoldani.

A WirelessHART adapterrel a már meglevő kábeles HART készülékeket be lehet kötni a WirelessHART hálózatba. Az adaptert csatlakoztatni lehet a meglevő 4−20 mA-es kábelezéshez, ami így felveszi az ott átvitt jelet anélkül, hogy zavarná vagy megszakítaná azt.

A WirelessHART adapterek több HART készülék jeleit képesek felvenni, aminek révén alacsonyan lehet tartani az installációs költségeket. A WirelessHART adapterek tápellátását huroktáplálással, valamint hálózatról vagy elemmel/akkumulátorral lehet megoldani. Az adaptereket a már telepített és egy HART funkciók nélküli fölérendelt készülékhez csatlakoztatott HART készülékek HART jeleinek fogadására lehet használni.

PHOENIX CONTACT Kft.

H-2040 Budaörs,
Gyár u. 2.
(+36)-23/501-160

Ez a honlap cookie-kat (sütiket) használ, a böngészés folytatásával Ön elfogadja a cookie-kra (sütikre) vonatkozó szabályainkat. További információkért olvassa el az adatvédelmi szabályainkat.

Bezárás