WirelessHART

Transmissão via rádio fiável na área de processos

Logotipo WirelessHART

HART (Highway Addressable Remote Transducer) é uma norma de protocolos global para a instrumentação inteligente de processos. Atualmente estão instalados em sistemas em todo o mundo mais de 30 milhões de dispositivos compatíveis com HART. No entanto, o seu potencial máximo só é aproveitado em 10% dos dispositivos.

A norma WirlessHART foi desenvolvida pela HART Foundation, para permitir aos utilizadores um aproveitamento mais eficaz dos seus dispositivos compatíveis com HART. Os produtos WirelessHART da Phoenix Contact foram concebidos para serem rapidamente integrados em sistemas já existentes.

WirelessHART: a primeira norma de comunicação sem fios para aplicações industriais

A HART Communication Foundation publicou em 2007 a primeira norma de comunicação sem fios especialmente orientada para aplicações industriais. A tecnologia sem fios eficiente energeticamente WirelessHART faz parte da norma HART 7 e é empregue em aplicações de metrologia de processos, para substituir ou otimizar o uso de fios de sinal convencionais de 4…20-mA .

A norma WirelessHART baseia-se numa tecnologia robusta e fiável. Esta pode ser facilmente aplicada em quase todos os tipos de dispositivos com base em poucos parâmetros de configuração.

Tecnologia sem fios global

A transmissão via rádio com WirelessHART, de acordo com a norma IEEE 802.15.4 e com transceivers de 10 mW, pode ser utilizada em todo o mundo na banda de frequências ISM de 2,4 GHz, livre de licença de utilização. Módulos sem fios conforme 802.15.4 e ZigBee são frequentemente os fundamentos de redes sem fios eficientes energeticamente.

Comparação dos canais WLAN e WirelessHART

Comparação dos canais WLAN e WirelessHART

O protocolo WirelessHART concretiza as quatro camadas superiores do modelo estratificado OSI e, ao fazer isso, oferece vantagens consideráveis relativamente a outros sistemas sem fios, consumindo menos energia. Ele possibilita uma operação em paralelo fiável e apresenta uma série de possibilidades para a gestão de canais sem fios.

Entre elas, encontra-se uma combinação dos procedimentos de alargamento de frequências e salto de frequências DSSS e FHSS, tecnologia CCA (Clear Channel Assessment), tempos de transmissão curtos e a funcionalidade de Black Listing.

Redes mistas

Rede mista auto-reconfigurável  

Rede mista auto-reconfigurável

A principal característica da WirelessHART é a capacidade de criar e configurar redes mistas de forma independente. Dessa forma, cada dispositivo final pode comunicar redundantemente através de vários percursos distintos. Em que o alcance em campo livre é de aproximadamente 250 Metros e a extensão espacial da instalação é por via de regra de 50 a 100 Metros.

Desta forma é garantido que estejam sempre disponíveis nós de rede funcionais e prontos a entrar em ação. Redes mistas absolutas organizam-se a si próprias de forma completamente automática. Elas são autocorretoras, o que garante uma fiabilidade e previsibilidade permanentes, mesmo sob condições ambientais variáveis.

Os dispositivos de redes mistas podem detetar automaticamente outros rádios, medir a potência do sinal e enviar dados de sincronização e troca de frequências. Conforme a necessidade, eles podem estabelecer ou interromper ligações a outros dispositivos. Redes e nós de rede são identificados por IDs inequívocas, que permitem a operação de várias redes em paralelo sem que ocorram intercâmbios de dados indesejados ou encaminhamentos de sinal errados.

Comunicação sincronizada temporalmente

A determinação temporal exata da transmissão de dados é decisiva para a gestão sem erros de canais rádio e o estabelecimento de redes que funcionem.

Para a regulação temporal, as redes WirelessHART utilizam o processo de multiplexagem temporal TDMA (Time Division Multiple Access). Aí, uma janela de tempo de 10 ms (alocação de tempo) e um dos 15 canais estão disponíveis a cada um dos processos de transmissão determinados exatamente no tempo. Quando não está a ocorrer nenhuma comunicação, os dispositivos comutam para um modo stand-by que poupa energia (grande parte dos dispositivos funcionam a bateria).

Transmissão segura de informações

A segurança de informação é garantida por funções como encriptação, autenticação e proteção da integridade dos dados. Os dados estão protegidos contra o acesso por terceiros não autorizado, graças à encriptação AES de 128 bits.

Durante a autenticação, a validade da identidade do emissor é verificada mediante os endereços de origem do pacote, que são protegidos pelo, assim designado, 32 bit Message Integrity Codes (MIC). A proteção da integridade garante que as informações sejam transmitidas inalteradas, mediante o mesmo MIC. Adicionalmente, a troca de frequências também contribui para a segurança de dados, graças à sequência de saltos pseudoaleatória.

Redes WirelessHART

Para garantir a criação de uma rede segura, uma autenticação é necessária antes da ligação de cada dispositivo à rede. Para isso, os dispositivos de rede enviam e disponibilizam periodicamente informações de rede na forma de pequenos pacotes de dados, os chamados Beacons.

Antes que um novo dispositivo se possa ligar à rede, ele tem de receber primeiramente um destes pacotes de dados. Logo que um Beacon tenha sido recebido, o novo dispositivo envia uma solicitação de ligação ao gestor de rede WirelessHART hierarquicamente superior.

Processo de autenticação de novos participantes da rede

Processo de autenticação de novos participantes da rede

A solicitação de ligação contém dados de autenticação adicionais, além da ID de rede programada do dispositivo e o código de ligação. Se a ID de rede e o código de ligação forem aceites pelo gestor de redes, este envia as seguintes informações ao novo dispositivo: dados de autenticação, informações sobre o trajeto de comunicação na rede e a janela de tempo predefinida para a transmissão dos dados pelo dispositivo.

Após a comunicação bem sucedida, o dispositivo é ligado à rede e pode ser então utilizado para a transmissão e disponibilização de dados.

Os três tipos de dispositivo WirelessHART

Gateway WirelessHARTDispositivo de medição WirelessHARTAdaptador WirelessHART
Gateway WirelessHARTDispositivo de medição WirelessHartAdaptador WirelessHART
Âmbito funcionalWireless Access Point
+
Gestor de rede
+
Gateway
Módulo sem fios
+
Módulo de medição
+
Fonte de alimentação
Módulo sem fios
+
Possibilidade de ligação
para dispositivos cadastrados
Área de aplicaçãoIntegração no sistema hostMedição sem fiosIntegração de dispositivos de medição
com cabos na WirelessHART

O que se designa por gateway WirelessHART é um dispositivo que, conforme a norma HART, é constituído por três componentes:

  1. O módulo sem fios para ligação aos dispositivos de campo individuais (Wireless Access Point).
  2. O software que controla as ligações da rede na qualidade de unidade de controlo centralizada (gestor da rede) e que garante a segurança de rede e a autenticação dos dispositivos de campo. O gestor de rede otimiza ainda o tráfego de dados na rede e assegura que os dados possam ser transmitidos pelos dispositivos de rede nos intervalos predefinidos.
  3. O gateway propriamente dito que desempenha as funções de interface entre a rede do sistema ou o sistema host e a rede WirelessHART. Os três componentes descritos podem estar agrupados num módulo ou serem utilizados em separado em qualquer combinação com a possibilidade de uma ampliação posterior em vários pontos de acesso.

Os dispositivos WirelessHART (maioritariamente dispositivos de medição sem fios) são constituídos por um módulo sem fios, que é combinado com funções de medição ou monitorização. Eles tornam possível uma ampliação cómoda de sistemas existentes ou uma aplicação rápida em novos sistemas.

Pontos de medição, que anteriormente seriam inacessíveis devido ao elevado esforço de cablagem ou limitações ecológicas, podem assim ser integrados sem problemas. A fonte de alimentação de dispositivos WirelessHART pode ser estabelecida por energia solar, de rede ou de bateria, tal como por alimentação por circuito fechado.

O adaptador WirelessHART permite a ligação de dispositivos HART com cabo já disponíveis a uma rede WirelessHART. O adaptador pode ser ligado aos fios do sinal de 4-20 mA e ler o seu valor sem perturbações ou interrupções.

Os adaptadores WirelessHART podem recolher os sinais de vários dispositivos HART, mantendo assim os custos de instalação baixos. A fonte de alimentação de adaptadores HART pode ser estabelecida por alimentação de circuito fechado, assim como pela rede pública ou por bateria. Os adaptadores são utilizados principalmente para recolher sinais HART de dispositivos HART já instalados, mas que estejam ligados a um host sem funcionalidade HART.

Phoenix Contact S.A.

Sintra Business Park,
Edifício n°1
Zona Industrial da Abrunheira
2710-089 SINTRA

Horário: 9h -13h e 14h -18h
(+351) 21 911 2760

Este website usa cookies. Ao continuar a navegar, está a concordar com a nossa política de cookies. Saiba mais sobre a nossa política de privacidade.

Fechar