WirelessHART

프로세스 산업에서의 안정적인 무선 전송

WirelessHART 로고

HART(Highway Addressable Remote Transducer)는 인텔리전트 프로세스 기기를 위한 글로벌 프로토콜 표준입니다. 전세계적으로 3천만 개 이상의 HART 호환 장치가 시스템에 설치되어 있습니다. 그러나 이러한 장치 중 10%에서만 이 표준이 완전하게 사용되고 있습니다.

WirelessHART 표준은 사용자가 HART 사용 가능 장치의 기능을 더 효과적으로 활용할 수 있도록 HART Foundation에서 개발되었습니다. 피닉스컨택트 WirelessHART 제품은 기존 애플리케이션에 신속하게 통합할 수 있도록 설계되었습니다.

WirelessHART: 산업 분야를 위한 첫 번째 무선 표준

2007년에 HART Communication Foundation은 산업 분야를 위한 첫 번째 무선 표준을 발표했습니다. WirelessHART는 HART 7 표준의 일부이며 프로세스 관리 적용 분야에서 4 - 20 mA 신호선을 보완하거나 불필요하게 만드는 에너지 효율적인 무선 기술입니다.

WirelessHART 표준은 견고하고 안정적인 기술에 기반을 둡니다. 이 표준은 약간의 구성 파라미터를 설정하여 거의 모든 장치 타입에서 손쉽게 사용할 수 있습니다.

글로벌 무선 기술

10 mW 무선 트랜스시버가 있는 IEEE 802.15.4 무선 모듈의 형태인 WirelessHART를 사용한 무선 전송을 전세계적으로 라이센스가 필요 없는 2.4 GHz ISM 주파수 대역에서 사용할 수 있습니다. 일반적으로 802.15.4 및 ZigBee에 따른 무선 모듈이 에너지 효율적인 무선 네트워크의 기초로 사용됩니다.

WLAN 및 WirelessHART 채널 비교

WLAN 및 WirelessHART 채널 비교

WirelessHART 프로토콜은 OSI 모델의 상위 4개 레이어를 사용하고 전력 소모량이 낮은 다른 무선 시스템에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 이 표준을 통해 안정적인 병렬 작동이 가능하며 무선 채널의 최적 관리를 위한 수많은 기능을 얻을 수 있습니다.

예를 들어, DSSS 및 FHSS 주파수 확산 및 주파수 홉핑 방법의 결합, CCA(Clear Channel Assessment) 기술, 짧은 전송 시간, 블랙 리스트 기능 등이 있습니다.

풀 메쉬 네트워크

자유 치유 기능의 풀 메쉬 네트워크  

자유 치유 기능의 풀 메쉬 네트워크

WirelessHART의 주요 기능은 메쉬 네트워크를 자체적으로 구축 및 구성하는 기능입니다. 이를 통해 네트워크의 모든 엔드 장치가 여러 다른 경로를 통해 이중화 방식으로 통신할 수 있습니다. 여기에서 옥외 가능 범위는 약 250 m이고 실제 설치 크기는 일반적으로 50 - 100 m입니다.

이러한 구조에서는 완전한 기능의 즉시 사용 가능한 네트워크 노드를 항상 사용할 수 있습니다. 풀 메쉬 네트워크는 완전히 자동으로 구성됩니다. 또한 이러한 네트워크는 자가 치유 기능이 있기 때문에 변화하는 환경 속에서도 장기적인 안정성 및 예측 가능성이 보장됩니다.

메쉬 네트워크의 장치는 자동으로 다른 장치를 탐지하고 무선 신호의 강도를 측정하며 동기화 및 주파수 홉핑 데이터를 획득할 수 있습니다. 또한 이러한 장치는 요구 사항에 따라 다른 장치에 대한 연결을 설정 또는 중단합니다. 네트워크 및 네트워크 노드에는 의도하지 않은 데이터 공유 또는 잘못된 신호 라우팅 없이 여러 네트워크를 병렬로 작동할 수 있게 하는 고유한 ID가 있습니다.

시간 동기화 통신

오류 없는 무선 채널 관리 및 완전한 기능의 네트워크 구축을 위해서는 데이터 전송의 정확한 타이밍이 필요합니다.

WirelessHART 네트워크는 시간 경과에 따라 스펙트럼이 사용되는 방법을 관리하기 위해 TDMA(Time Division Multiple Access)를 사용합니다. 모든 전송은 매우 정밀한 타이밍 기능을 가진 15개의 채널 중 하나에서 10 ms 기간(시간 슬롯) 안에 발생합니다. 통신이 발생하지 않을 경우 에너지 절약을 위해 장치가 대기 모드로 전환됩니다(대부분의 장치는 배터리로 작동함).

보안된 정보 전송

정보 보안은 암호화, 인증 및 데이터 무결성 기능을 통해 보장됩니다. 128비트 AES 암호화는 제3자의 무단 액세스로부터 데이터를 보호합니다.

인증 단계 도중에 32비트 MIC(Message Integrity Code)로 보호되는 패킷 소스 주소에 기초하여 보낸 사람 ID의 유효성이 검사됩니다. 또한 동일한 MIC에서 변경되지 않은 정보가 전송되도록 보장하기 위해 무결성이 사용됩니다. 이외에도 주파수 홉핑은 의사 난수 홉 시퀀스로 인해 일정한 수준의 데이터 보안을 제공합니다.

WirelessHART 네트워크

보안 네트워크가 구축될 수 있도록 모든 장치는 네트워크에 조인되기 전에 인증을 받아야 합니다. 네트워크 장치는 비콘이라고 부르는 작은 데이터 패킷의 형태로 네트워크 정보를 정기적으로 전송 및 게시합니다.

네트워크에 조인하려면 새 장치는 먼저 이러한 데이터 패킷 중 하나를 수신해야 합니다. 비콘이 수신되고 나면 새 장치는 상위 레벨 WirelessHART 네트워크 관리자에 조인 요청을 보냅니다.

새 네트워크 장치를 위한 인증 프로세스

새 네트워크 장치를 위한 인증 프로세스

조인 요청은 장치의 프로그래밍된 네트워크 ID, 조인 키 및 기타 식별 정보로 구성됩니다. 네트워크 ID 및 조인 키를 네트워크 관리자가 수락한 경우 인증 정보, 네트워크의 통신 경로 및 장치가 해당 기간 내에 데이터를 전송해야 하는 시간 슬롯을 사용하여 새 장치에 응답합니다.

그 후에 장치는 네트워크에 완전히 조인되고 데이터 전송 및 게시를 시작할 수 있습니다.

세 가지 WirelessHART 장치 타입

WirelessHART 게이트웨이WirelessHART 측정 장치WirelessHART 어댑터
WirelessHART 게이트웨이WirelessHart 측정 장치WirelessHART 어댑터
기능 범위무선 액세스 지점
+
네트워크 관리자
+
게이트웨이
무선 모듈
+
측정 모듈
+
전원 공급 장치
무선 모듈
+
기존 장치의
연결
적용 분야호스트 시스템에 연결무선 측정유선 측정 장치와
WirelessHART의 연결

HART 표준에 따르면 WirelessHART 게이트웨는 세 가지 컴포넌트로 구성된 장치입니다.

  1. 개별 필드 장치를 연결하는 무선 모듈(무선 액세스 지점)
  2. 네트워크 연결을 제어하고 네트워크 보안을 보장하며 필드 장치를 인증하는 중앙 제어 장치(네트워크 관리자)로 작동하는 소프트웨어. 또한 네트워크 관리자는 데이터를 원하는 시간 간격 내에 전송하는 데 필요한 리소스를 각 장치에 제공하기 위해 네트워크를 통과하는 데이터 트래픽을 최적화합니다.
  3. 시스템 네트워크 또는 호스트 시스템과 WirelessHART 네트워크 간의 인터페이스로 작동하는 실제 게이트웨이 이러한 세 가지 컴포넌트는 하나의 패키지에 함께 배치되거나 원하는 대로 조합하여 함께 사용할 수 있으며 이후에 여러 액세스 지점을 추가할 수도 있습니다.

WirelessHART 장치(일반적으로 무선 측정 장치)는 측정 또는 모니터링 기능과 결합된 무선 모듈로 구성됩니다. 이러한 장치는 기존 시스템을 손쉽게 확장할 수 있게 해주며 새 시스템에서 즉시 사용할 수 있습니다.

케이블링 비용 또는 환경적 제한으로 인해 이전에 액세스할 수 없던 측정 지점을 이제 손쉽게 통합할 수 있습니다. WirelessHART 장치는 태양열, 전선, 측선 또는 배터리에서 전원을 공급 받을 수 있습니다.

WirelessHART 어댑터는 기존 유선 HART 장치를 WirelessHART 네트워크에 연결하는 데 사용됩니다. 이 어댑터는 손상 없이 작동하는 동안 HART 신호를 수집하기 위해 기존 4 - 20 mA 배선에 연결됩니다.

하나의 WirelessHART 어댑터가 여러 장치에서 HART 신호를수집할 수 있으므로 설치 비용이 감소합니다. WirelessHART 어댑터는 전선, 측선 또는 배터리에서 전원을 공급 받을 수 있습니다. 어댑터의 주된 적용 분야는 HART 기능 없는 호스트에 연결된 이전에 설치되어 있는 HART 장치에서 HART 신호를 수집하는 것입니다.

피닉스컨택트 주식회사

본사
경기도 성남시 분당구 황새울로 258번길 25, 3층(수내동, 서영빌딩)
1899-2166