WirelessHART

Pålitelig radiosignaloverføring i prosessomgivelser

Logo WirelessHART

HART (Highway Addressable Remote Transducer) er en global protokollstandard for intelligent instrumentering av prosesser. Over 30 millioner HART-egnede enheter er installert i anlegg over hele verden. Det fulle potensialet utnyttes likevel kun ved 10 % av enhetene.

Standard WirelessHART ble utviklet av HART Foundation slik at brukerne skulle oppnå en mer effektiv bruk av de HART-kompatible enhetene. WirelessHART-produkter fra Phoenix Contact er utformet med tanke på rask integrering i eksisterende systemer.

WirelessHART: Den første radiosignalstandarden for industrielle anvendelser.

I 2007 publiserte HART Communication Foundation den første radiosignalstandarden som er spesielt utformet for industrielle anvendelser. Radiosignalteknologien WirelessHART har effektiv energibruk, er en del av standard HART 7 og benyttes innen prosessmåleteknikk for å erstatte vanlige 4…20 mA signalledere henholdsvis benytte dem på en mer optimal måte.

Standard WirelessHART har sitt utspring i en robust og pålitelig teknologi. Den kan helt enkelt benyttes med tilnærmet alle typer enheter ved hjelp av kun få konfigureringsparametere.

Global radiosignalteknologi

Trådløsoverføring med WirelessHART i form av IEEE 802.15.4-radiosignalmoduler med 10 mW radiosignaltransceiver kan benyttes over hele verden via det lisensfrie 2,4 GHz ISM-frekvensbåndet. Radiosignalmoduler i henhold til 802.15.4 og ZigBee danner ofte selve grunnlaget for radiosignalnettverk som utnytter energien effektivt.

Sammenligning av WLAN- og WirelessHART-kanaler

Sammenligning av WLAN- og WirelessHART-kanaler

Protokollen WirelessHART omsetter de fire øverste lagene i OSI-modellen, og gir slik betydelige fordeler sammenlignet med andre radiosignalsystemer med lavere effektforbruk. Den åpner for pålitelig parallell drift og kan vise til et høyt antall muligheter som gir en optimal administrering av radiosignalkanaler.

Blant disse er en kombinasjon av frekvenssprednings- og frekvenshoppmetoden DSSS og FHSS, CCA-teknikk (Clear Channel Assessment), rask overføring og Blacklisting-funksjoner.

Fullstendig sammenkoblede nett

Selvhelende Full-Mesh-nettverk  

Selvhelende Full-Mesh-nettverk

Den viktigste egenskapen ved WirelessHART er evnen til å bygge opp og konfigurere sammenkoblede nettverk av seg selv. Slik kan ethvert sluttutstyr kommunisere redundant i nettet via flere forskjellige kretser. Rekkevidden ute i felten utgjør ca. 250 meter, og den fysiske utstrekningen av installeringen utgjør vanligvis 50 til 100 meter.

Slik kan man være helt sikker på at nettverksknutepunkter som er fullt funksjonsdyktige og som alltid er klare til drift, står til disposisjon til enhver tid. Fullstendig sammenkoblede nett organiserer seg helautomatisk. De er i tillegg selvhelende, noe som gir permanent pålitelighet og muligheter for planlegging også ved endrede omgivelsesbetingelser.

Enheter i sammenkoblede nett kan gjenkjenne andre enheter automatisk, måle radiosignalets styrke og fastsette data for synkronisering og frekvensendring. Alt etter behov kan de etablere eller bryte forbindelser med andre enheter. Nettverk og nettverksknutepunkter er merket med en entydig ID, som er grunnen til at flere nettverk kan driftes parallelt og uten at det fører til uønskede datautvekslinger eller feilaktig videreføring av signaler.

Tidssynkronisert kommunikasjon

En nøyaktig tidsmessig tilpasning av dataoverføringen er en avgjørende faktor for en feilfri administrering av radiosignalkanalene og en velfungerende nettverksoppbygging.

I forbindelse med tidsmessig regulering benytter WirelessHART-nettverk tidsmultipleksmetoden TDMA (Time Division Multiple Access). For hver av de tidsmessig nøyaktig tilpassede overføringsprosessene står et tidsvindu på 10 ms (tidsluke) samt en av de 15 kanalene til disposisjon. Hvis ingen kommunikasjon finner sted, kobler enhetene til en energibesparende standbymodus (de fleste enhetene er batteridrevne).

Sikker overføring av informasjon

Informasjonssikkerheten er ivaretatt i form av funksjoner for kryptering, autentifisering og sikring av dataintegriteten. 128 bit AES-krypteringen beskytter dataene mot uberettiget tilgang fra tredjemann.

Under autentifiseringen kontrolleres senderidentitetens gyldighet ved hjelp av pakkekildeadresser som beskyttes av såkalte 32 bit Message Integrity Codes (MIC). Sikringen av integriteten sørger for at informasjon overføres uforandret ved hjelp av samme MIC. Utover dette bidrar også frekvensendringen til datasikkerhet takket være den pseudo-tilfeldige hopprekkefølgen.

WirelessHART-nettverk

For at oppbyggingen av et sikkert nettverk skal være gitt, forutsettes en autentifisering for samtlige enheter før forbindelsen med nettverket etableres. I den sammenheng sender og publiserer nettverksenhetene nettverksinformasjon regelmessig i form av mindre datapakker, såkalte Beacons.

For at en ny enhet skal kunne forbindes med nettverket, må den først motta en av disse datapakkene. Straks en Beacon er mottatt, sender den nye enheten en anmodning om etablering av forbindelse til den overordnede WirelessHART-nettverksmanageren.

Autentifiseringsprosess for nye nettverksdeltakere

Autentifiseringsprosess for nye nettverksdeltakere

I tillegg til enhetens programmerte nettverks-ID og forbindelseskoden inneholder anmodningen om forbindelse også ytterligere autentifiseringsdata. Hvis nettverks-ID og forbindelseskode aksepteres av nettverksmanager, sender manageren følgende informasjon til den nye enheten: Autentifiseringsdata samt informasjon om kommunikasjonskretsen i nettet og om gitt tidsvindu for overføring av data via enheten.

Når formidlingen er utført er enheten koblet til nettverket og kan deretter benyttes for å overføre og publisere data.

De tre WirelessHART-utstyrstypene

WirelessHART GatewayWirelessHart-måleutstyrWirelessHART-adapter
WirelessHART GatewayWirelessHart-måleenhetWirelessHART-adapter
FunksjonsomfangWireless Access Point
+
Nettverksmanager
+
Gateway
Radiosignalmodul
+
Målemodul
+
Strømforsyning
Radiosignalmodul
+
Tilkoblingsmulighet
for eksisterende utstyr
BruksområdeTilknytning til Host-systemetkabelløs målingTilknytning av kabelført
måleutstyr til WirelessHART

I henhold til HART-standard er den såkalte WirelessHART-Gatewayen en enhet som består av tre komponenter:

  1. Radiosignalmodulen (Wireless Access Point), som benyttes for å koble til de enkelte typene feltutstyr.
  2. Programvaren, som i sin funksjon som sentral styreenhet (nettverksmanager) styrer nettverksforbindelsene og som sørger for nettverkssikkerhet samt autentifisering av feltutstyret. Nettverksmanageren optimaliserer i tillegg datatrafikken i nettverket og sikrer at dataene alltid kan overføres via nettverkstutstyret i angitte intervaller.
  3. Den egentlige Gatewayen, som fungerer som grensesnitt mellom anleggsnettverket eller Host-systemet og WirelessHART-nettverket. De tre beskrevne komponentene kan være slått sammen til en modul eller benyttes separat i vilkårlige kombinasjoner med mulighet for utvidelse med flere Access Points i ettertid.

WirelessHART-enheter (som regel kabelløst måleutstyr) består av en radiosignalmodul som er kombinert med måle- eller overvåkingsfunksjoner. De åpner for brukervennlig utvidelse av eksisterende systemer samt rask bruk i nye anlegg.

Målepunkter som tidligere var vanskelig tilgjengelige på grunn av mange kabler eller andre begrensninger kan slik integreres helt uten problemer. Strømforsyningen av WirelessHART-enheter kan foretas via solcelle-, nett- eller batteridrift samt også med sløyfeforsyning.

Med WirelessHART-adapteren kan kabelførte, allerede eksisterende HART-enheter kobles til et WirelessHART-nettverk. Adapteren kan kobles til den tilgjengelige 4-20 mA kablingen og ta opp signalet som overføres via denne uten at det oppstår feil eller avbrudd.

WirelessHART-adaptere kan ta opp signalene fra flere HART-enheter, noe som gjør at installeringskostnadene kan holdes på et lavt nivå. Strømforsyningen av WirelessHART-adaptere kan foretas via sløyfeforsyning samt via nett- eller batteridrift. Adapterne benyttes spesielt for å ta opp HART-signaler fra HART-enheter som allerede er installert og som er koblet til en Host uten HART-funksjoner.

PHOENIX CONTACT AS

Strømsveien 344
N-1081 Oslo
+47 22 07 68 00

Dette nettstedet bruker cookies, ved å fortsette å bla gjennom samtykker du til vår cookie politikk. Les vår personvernpolicy for mer informasjon.

Lukk