WirelessHART

Tillförlitlig trådlös överföring i processmiljön

Logotyp WirelessHART

HART (Highway Addressable Remote Transducer) är en global protokollstandard för intelligent processinstrumentering. Över 30 miljoner HART-kompatibla enheter är för närvarande installerade i anläggningar över hela världen. Den fulla potentialen uppnås enbart för 10 % av enheterna.

Standarden WirelessHART utvecklades av HART Foundation för att möjliggöra en effektivare användning av HART-kompatibla enheter. Phoenix Contacts WirelessHART-produkter är dimensionerade för en snabb integrering i befintliga system.

WirelessHART: den första trådlösa standarden för industriapplikationer

År 2007 offentliggjorde HART Communication Foundation sin första trådlösa standard, som är speciellt orienterad mot industriapplikationer. Den energieffektiva trådlösa tekniken WirelessHART är en del av standarden HART 7 och används i applikationer i processmättekniken, för att kunna ersätta traditionella 4…20-mA-signaltrådar resp. använda dem optimalt.

Standarden WirelessHART baseras på en teknologi som är robust och tillförlitlig. Denna kan enkelt tillämpas baserat på några få konfigurationsparametrar och med nära nog alla enhetstyper.

Global trådlös teknik

Trådlös överföring med WirelessHART i form av trådlösa IEEE 802.15.4-moduler med 10-mW-radiotransceiver kan användas över hela världen med det licensfritt användbara 2,4-GHz-ISM-frekvensbandet. Trådlösa moduler enligt 802.15.4 och ZigBee är ofta underlag för energieffektiva trådlösa nätverk.

Jämförelse mellan WLAN- och WirelessHART-kanaler

Jämförelse mellan WLAN- och WirelessHART-kanaler

Protokollet WirelessHART omsätter de översta fyra skikten av OSI-skiktmodellen och erbjuder en tydlig fördel gentemot andra trådlösa system med låg strömförbrukning. Det möjliggör en tillförlitlig parallelldrift och uppvisar en rad möjligheter för en optimal förvaltning av trådlösa kanaler.

Där finns ungefär en kombination av frekvensspridning och frekvenshoppning DSSS och FHSS, CCA-teknik (Clear Channel Assessment), korta överföringstider och Blacklisting-funktion.

Fullständigt maskade nät

Självläkande Full-Mesh-nätverk  

Självläkande Full-Mesh-nätverk

Huvudegenskapen hos WirelessHART är förmågan att självständigt bygga upp och konfigurera maskade nät. På så sätt kan varje termineringsmodul i nätet kommunicera redundant över flera olika vägar. Varvid räckvidden i fria luften uppgår till ca 250 meter och installationens rumsliga sträckning i regel är 50 till 100 meter.

På så sätt säkerställs att fungerande och användningsklara nätverksnoder hela tiden står till förfogande. Fullständigt maskade nät organiseras helautomatiskt. De är dessutom självläkande, vilket säkerställer en varaktig tillförlitlighet och planeringsbarhet även vid växlande omgivningsförhållanden.

Enheter i maskade nät detekterar automatiskt andra enheter, mäter styrkan hos den trådlösa signalen och förmedlar data för synkronisering och frekvensbyte. Vid behov byggs anslutningar till andra enheter upp eller avbryts. Nätverk och nätverksnoder kännetecknas genom ett entydigt ID, varför flera nätverk kan drivas parallellt, utan att det förekommer oönskat datautbyte eller felledda signaler.

Tidssynkroniserad kommunikation

En exakt tidsavstämning av dataöverföringen är avgörande för en felfri förvaltning av trådlösa kanaler och en fungerande nätverkskonstruktion.

WirelessHART-nätverken använder tidsmultiplexmetoden TDMA (Time Division Multiple Access) för tidsreglering. För varje exakt avstämd överföringsprocedur står ett tidsfönster på 10 ms (tidslucka) och en av de 15 kanalerna till förfogande. När det inte äger rum någon kommunikation kopplar enheterna om till ett energisparande standby-läge (en majoritet av enheterna är batteridrivna).

Säker överföring av information

Informationssäkerheten säkerställs genom funktioner för kryptering, autentisering och säkring av dataintegriteten. Tack vare 128-Bit-AES-krypteringen skyddas data från obehörig åtkomst av tredje part.

Vid autentiseringen kontrolleras sändaridentitetens giltighet baserat på paketkälladresser, som skyddas genom så kallade 32-Bit-Message Integrity Codes (MIC). Och integritetens säkerhet säkerställer att informationen överförs oförändrat med samma MIC. Dessutom bidrar även frekvensbytet till datasäkerheten baserat på den pseudo-tillfälliga hoppordningen.

WirelessHART-nätverk

För att en konstruktion av ett säkert nätverk ska säkerställas, krävs en autentisering av alla enheter före förbindelse till nätverket. I detta syfte sänder och offentliggör nätverken regelbundet nätverksinformation i form av små datapaket, så kallade Beacons.

En ny enhet behöver först ta emot ett av dessa datapaket för att kunna anslutas till nätverket. Så snart en Beacon mottagits skickar den nya enheten en förbindelseförfrågan till den överordnade WirelessHART-nätverksmanagern.

Autentiseringsprocess för nya nätverksenheter

Autentiseringsprocess för nya nätverksenheter

Anslutningsförfrågan innehåller utöver det programmerade nätverks-ID:t för enheten och anslutningskoden de ytterligare autentiseringsdata. Om nätverks-ID:t och anslutningskoden accepteras av nätverksmanagern, skickar denna följande information till den nya enheten: Autentiseringsdata och information för kommunikationsvägen i nätet och för det angivna tidsfönstret för överföring av data genom enheten.

Efter en framgångsrik överföring är enheten ansluten till nätverket och kan i sin tur användas för överföring och publicering av data.

De tre WirelessHART-enhetstyperna

WirelessHART GatewayWirelessHart-mätenhetWirelessHART-adapter
WirelessHART gatewayWirelessHart-mätenhetWirelessHART-adapter
FunktionsomfångWireless Access Point
+
Nätverksmanager
+
Gateway
Trådlös modul
+
Mätmodul
+
Strömförsörjning
Trådlös modul
+
Anslutningsmöjlighet
för huvudenheter
AnvändningsområdeAnslutning till host-systemetkabellös mätningAnslutning av kabelbundna
mätenheter till WirelessHART

För en så kallad WirelessHART-Gateway handlar det enligt HART-standarden om en enhet som består av tre komponenter:

  1. Den trådlösa modulen som används för anslutning av enskilda fältenheter (Wireless Access Point).
  2. Mjukvaran som styr nätverksförbindelserna som central styrenhet (nätverksmanager) och som sörjer för autentiseringen av fältenheterna. Nätverksmanagern optimerar även datatrafiken i nätverket och säkerställer att data hela tiden kan överföras i de angivna intervallen över nätverksenheterna.
  3. Den egentliga gatewayen, som fungerar som gränssnitt mellan anläggningsnätverket resp. Host-systemet och WirelessHART-nätverket. De tre beskrivna komponenterna kan vara sammanfattade i en modul eller användas separat i godtyckliga kombinationer, med möjlighet till senare expansion med flera Access Points.

WirelessHART-enheter (främst kabellösa mätenheter) består av en trådlös modul, i kombination med mät- eller monitoring-funktioner. De möjliggör en komfortabel expansion av befintliga system samt en snabb installation i nya anläggningar.

Mätpunkter som tidigare var otillgängliga på grund av mycket arbete med kabeldragningen eller ekologiska begränsningar, integreras på så sätt utan problem. WirelessHART-enheter kan matas per solenergi, el- eller batteridrift och genom slingförsörjning.

Med WirelessHART-adaptern kan befintliga, kabelbundna HART-enheter förbindas med ett WirelessHART-nätverk. Adaptern kan anslutas till befintliga 4-20-mA-kablage och uppta signalen som leds via detsamma, utan störning eller avbrott.

WirelessHART-adaptern kan uppta signaler från HART-enheter, varigenom installationskostnaderna kan hållas låga. Strömförsörjningen av WirelessHART-adaptrar kan ske genom slingförsörjning samt per el- eller batteridrift. Adaptern används i synnerhet för att uppta HART-signaler från redan installerade HART-enheter som är anslutna till en Host utan HART-funktion.

PHOENIX CONTACT AB

Linvägen 2
S-14144 Huddinge
+46 (0)8 - 608 64 00

Denna webbplats använder cookies, genom att fortsätta surfa på webbplatsen godkänner du vår användning av cookies.
Läs vår sekretesspolicy för mer information.

Stäng