WirelessHART

Niezawodna transmisja radiowa w środowisku przemysłowym

Logo WirelessHART

HART (Highway Addressable Remote Transducer) to globalny standard protokołu do inteligentnych instrumentów procesowych. W aplikacjach na całym świecie jest zainstalowanych obecnie ponad 30 milionów urządzeń obsługujących protokół HART. Pełne możliwości są jednak wykorzystywane w zaledwie 10% urządzeń.

Standard WirelessHART został stworzony przez HART Foundation, aby umożliwić użytkownikom efektywne wykorzystanie urządzeń obsługujących standard HART. Produkty WirelessHART firmy Phoenix Contact umożliwiają szybkie zintegrowanie w istniejących systemach.

WirelessHART: pierwszy standard radiowy do aplikacji przemysłowych

W roku 2007 HART Communication Foundation opublikowała pierwszy standard radiowy przeznaczony specjalnie do aplikacji przemysłowych. Energooszczędna technologia radiowa WirelessHART jest częścią standardu HART 7 i stosuje się ją w aplikacjach pomiarowych, aby zastąpić lub optymalnie wykorzystać tradycyjne przewody sygnałowe 4…20 mA.

Standard WirelessHART opiera się na solidnej i niezawodnej technologii. Można go stosować w prosty sposób na podstawie kilku parametrów konfiguracji i w urządzeniach niemal wszystkich typów.

Globalna technologia radiowa

Transmisję radiową z użyciem protokołu WirelessHART w postaci modułów radiowych IEEE 802.15.4 z transceiverem radiowym 10 mW można stosować na całym świecie w dostępnym bez licencji paśmie częstotliwości ISM 2,4 GHz. Moduły radiowe zgodne z 802.15.4 i ZigBee stanowią często bazę energooszczędnych sieci bezprzewodowych.

Porównanie kanałów WLAN i WirelessHART

Porównanie kanałów WLAN i WirelessHART

Protokół WirelessHART obsługuje cztery górne warstwy modelu OSI i ma znaczną przewagę nad innymi systemami radiowymi o niskim poborze mocy. Umożliwia niezawodną pracę równoległą i posiada szereg możliwości optymalnego zarządzania kanałami radiowymi.

Należy do nich na przykład połączenie metod rozpraszania widma DSSS i FHSS, technika CCA (Clear Channel Assessment), krótkie czasy transmisji i funkcja blacklisting.

Sieci siatkowe

Samonaprawialna sieć w topologii pełnej siatki  

Samonaprawialna sieć w topologii pełnej siatki

Główną cechą protokołu WirelessHART jest zdolność do samodzielnego tworzenia i konfiguracji sieci siatkowych. Dzięki temu każde urządzenie terminujące może komunikować się w sieci poprzez kilka różnych ścieżek. Zasięg na wolnej przestrzeni wynosi ok. 250 metrów, a obszar instalacji z reguły 50 do 100 metrów.

W ten sposób można zagwarantować ciągłą dostępność w pełni funkcjonalnych i działających koncentratorów sieci. Sieci siatkowe organizują się w pełni automatycznie. Ponadto są one samonaprawialne, co zapewnia stałą niezawodność i przewidywalność również w zmieniających się warunkach otoczenia.

Urządzenia w sieciach siatkowych mogą automatycznie wykrywać inne urządzenia, mierzyć siłę sygnału radiowego oraz wyznaczać parametry do synchronizacji i zmiany częstotliwości. W zależności od potrzeb mogą nawiązywać lub przerywać połączenie z innymi urządzeniami. Sieci i koncentratory sieci posiadają unikalny numer ID, dzięki czemu mogą one pracować równolegle bez ryzyka niezamierzonej wymiany danych lub nieprawidłowego przesłania sygnałów.

Komunikacja zsynchronizowana czasowo

Decydującą kwestią we właściwym zarządzaniu kanałami radiowymi i tworzeniu sieci jest precyzyjna czasowa synchronizacja transmisji danych.

Do regulacji czasowej sieci WirelessHART wykorzystują metodę wielodostępu z podziałem czasowym TDMA (Time Division Multiple Access). W metodzie tej dla każdej określonej precyzyjnie czasowo operacji transmisji jest udostępniona szczelina czasowa 10 ms oraz jeden z 15 kanałów. Przy braku komunikacji urządzenia przełączają się na energooszczędny tryb uśpienia (wiele urządzeń jest zasilanych z baterii).

Bezpieczne przesyłanie informacji

Bezpieczeństwo informacji gwarantują funkcje kodowania, uwierzytelniania i zabezpieczania nienaruszalności danych. Dzięki 128-bitowemu kodowaniu AES dane są zabezpieczone przed dostępem osób niepowołanych.

Podczas uwierzytelniania na podstawie adresów źródłowych pakietu sprawdzana jest ważność tożsamości nadajnika. Adresy te są zabezpieczone tzw. 32-bitowymi kodami MIC (Message Integrity Code). A zabezpieczenie nienaruszalności stanowi gwarancję przesyłania informacji w niezmienionej formie za pomocą tego samego kodu MIC. Przyczynia się do tego również zmiana częstotliwości ze względu na pseudoprzypadkową kolejność rozpraszania.

Sieci WirelessHART

Aby sieć była bezpieczna, wszystkie urządzenia przed połączeniem z siecią muszą dokonać uwierzytelnienia. W tym celu urządzenia sieciowe wysyłają i publikują regularnie informacje sieciowe w postaci pakietów danych, tzw. beaconów.

Aby nowe urządzenie mogło połączyć się z siecią, musi najpierw odebrać jeden z tych pakietów. Po odebraniu beacona nowe urządzenie przesyła zapytanie o połączenie do nadrzędnego managera sieci WirelessHART.

Proces uwierzytelniania nowego urządzenia w sieci

Proces uwierzytelniania nowego urządzenia w sieci

Zapytanie o połączenie poza zaprogramowanym ID urządzenia w sieci i kluczem połączenia zawiera również dalsze dane uwierzytelniania. Gdy manager sieci zaakceptuje ID sieci i klucz połączenia, wysyła do nowego urządzenia różne informacje: dane uwierzytelniania oraz informacje na temat ścieżki komunikacji w sieci oraz wyznaczonej szczeliny czasowej do transmisji danych przez urządzenie.

Po przesłaniu danych urządzenie jest połączone z siecią i może być wykorzystywane do przesyłania i publikowania danych.

Trzy typy urządzeń WirelessHART

Bramka WirelessHARTUrządzenie pomiarowe WirelessHartAdapter WirelessHART
Bramka WirelessHARTUrządzenie pomiarowe WirelessHartAdapter WirelessHART
Zakres funkcjiWireless Access Point
+
manager sieci
+
bramka
moduł radiowy
+
moduł pomiarowy
+
zasilanie
moduł radiowy
+
możliwość podłączenia
istniejących urządzeń
Obszar zastosowaniaPrzyłączenie do systemu hostaPomiar bezprzewodowyPrzyłączenie przewodowych
urządzeń pomiarowych do WirelessHART

Tzw. bramka WirelessHART to zgodnie z protokołem HART urządzenie składające się z trzech następujących komponentów:

  1. Moduł radiowy stosowany do połączenia poszczególnych urządzeń obiektowych (Wireless Access Point).
  2. Oprogramowanie, które jako centralna jednostka sterująca (manager sieci) steruje połączeniami sieciowymi, zapewniając bezpieczeństwo sieci i uwierzytelnianie urządzeń obiektowych. Ponadto manager sieci optymalizuje wymianę danych w sieci i zapewnia przesyłanie danych poprzez urządzenia sieciowe w wyznaczonych cyklach.
  3. Właściwa bramka, będąca interfejsem między siecią aplikacji wzgl. systemem hosta a siecią WirelessHART. Opisane powyżej trzy komponenty mogą być połączone w jednym elemencie lub stosowane niezależnie w dowolnych kombinacjach. Istnieje również możliwość późniejszej rozbudowy o kolejne punkty dostępu.

Urządzenia WirelessHART (zazwyczaj bezprzewodowe urządzenia pomiarowe) składają się z modułu radiowego połączonego z funkcjami do pomiaru lub monitorowania. Umożliwiają one komfortową rozbudowę istniejących systemów oraz szybkie zastosowanie w nowych aplikacjach.

Pozwala to bez problemu zintegrować punkty pomiarowe, które wcześniej były niedostępne z powodu wysokich kosztów okablowania lub ograniczeń ekologicznych. Urządzenia WirelessHART mogą być zasilane solarnie, sieciowo, bateryjnie lub z pętli.

Za pomocą adaptera WirelessHART można łączyć z siecią WirelessHART istniejące przewodowe urządzenia HART. Adapter można podłączyć do istniejącego okablowania 4–20 m, aby odbierał przesyłany tamtędy sygnał, nie powodując żadnych zakłóceń ani przerw.

Adaptery WirelessHART mogą odbierać sygnały z kilku urządzeń HART, co pozwala na minimalizację kosztów instalacji. Adaptery WirelessHART mogą być zasilane z pętli, sieciowo lub bateryjnie. Adapterów używa się zwłaszcza do odbierania sygnałów HART z zainstalowanych już urządzeń HART podłączonych do hosta bez funkcji HART.

PHOENIX CONTACT Sp. z o.o

ul. Bierutowska 57-59
Budynek nr 3/A
51-317 Wrocław
071/ 39 80 410

W naszej witrynie stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności.

Zamknij