WirelessHART

Надійна радіопередача в середовищі виконання технологічних процесів

Логотип WirelessHART

HART (Highway Addressable Remote Transducer, магістральний адресовуваний дистанційний перетворювач) — визнаний на міжнародному рівні стандартний протокол для інтелектуальних приладів у системах керування неперервними технологічними процесами. На сьогоднішній день кількість сумісних із HART пристроїв, що працюють у системах керування установками по всьому світу, перевищує 30 мільйонів. Однак у повній мірі використовуються можливості лише близько 10 % пристроїв.

Стандарт WirelessHART розроблено організацією HART Communication Foundation, щоб уможливити ефективніше використання сумісних із HART пристроїв. Вироби WirelessHART, що їх пропонує Phoenix Contact, розраховані на дуже швидке вбудовування в наявні системи.

WirelessHART: перший стандарт бездротового зв’язку для промислового застосування

У 2007 році організація HART Communication Foundation оприлюднила перший стандарт бездротового зв’язку, орієнтований конкретно на промислове застосування. Енергоефективна бездротова технологія WirelessHART описується у стандарті HART 7 і застосовується в системах вимірювання технологічних параметрів для заміни або оптимізації звичайних проводів для передачі сигналу 4—20 мА.

В основу стандарту WirelessHART покладено стійку та надійну технологію. Вона дуже проста в застосуванні — кількість параметрів конфігурації мінімальна — й сумісна практично з усіма типами пристроїв.

Глобальна бездротова технологія

Радіопередача за допомогою WirelessHART у формі радіомодулів, що відповідають стандарту IEEE 802.15.4, із приймачем-передавачем потужністю 10 мВт можлива в усьому світі, адже вона здійснюється в промисловому, науковому й медичному частотному діапазоні 2,4 ГГц, яким можна користуватися без ліцензії. Радіомодулі, що відповідають вимогам IEEE 802.15.4 і ZigBee, часто беруться за основу енергоефективних бездротових мереж.

Протиставлення каналів WLAN і WirelessHART

Протиставлення каналів WLAN і WirelessHART

Протокол WirelessHART використовує чотири верхніх рівні мережевої моделі OSI (Open Systems Interconnection — взаємодія відкритих систем) і вигідно відрізняється від інших бездротових систем нижчим споживанням потужності. Він уможливлює надійну паралельну роботу та має низку можливостей для оптимального управління каналами радіозв’язку.

Зокрема, сюди належать комбінація методів DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum — розширення спектру методом прямої послідовності) і FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum — розширення спектру зі стрибкоподібним перемиканням частоти), технологія CCA (Clear Channel Assessment — оцінка зайнятості каналу), швидка передача та функція «чорного списку».

Повнозв’язкові сітчасті мережі

Повнозв’язкова сітчаста мережа, здатна до самовідновлення  

Повнозв’язкова сітчаста мережа, здатна до самовідновлення

Головна властивість WirelessHART — можливість автоматичного будування й конфігурування сітчастих мереж. Це означає, що кожний кінцевий пристрій може обмінюватися даними кількома незалежними каналами. Радіус дії на відкритому просторі, як правило, становить близько 250 м, а просторова протяжність системи — від 50 до 100 м.

Завдяки цьому вузли мережі завжди справні та готові до роботи. Повнозв’язкові сітчасті мережі здатні до самоорганізації. Окрім того, вони здатні до самовідновлення, що гарантує тривалу надійність і передбачуваність навіть у разі зміни умов навколишнього середовища.

Пристрої в сітчастих мережах можуть автоматично розпізнавати інші пристрої, вимірювати силу радіосигналу та отримувати дані для синхронізації й перемикання частоти. Залежно від потреби вони можуть встановлювати або розривати зв’язок із іншими пристроями. Мережі та їхні вузли отримують унікальні ідентифікатори, що вможливлює паралельну роботу кількох мереж без ризику небажаного обміну даними або помилкової маршрутизації сигналів.

Синхронізація обміну даними

Вирішальним чинником безпомилкового управління каналами радіозв’язку та належної роботи мережевої структури є точне узгодження передачі даних у часі.

Для хронологічного регулювання в мережах WirelessHART застосовується метод TDMA (Time Division Multiple Access — множинний доступ із часовим розділенням). Це означає, що кожному з узгоджених у часі процесів передачі виділяється вікно часу тривалістю 10 мс (квант часу), а також один із 15 каналів. Якщо дані не передаються, пристрої переходять у енергоощадний режим очікування (значна частина пристроїв має автономне живлення).

Безпечна передача даних

Інформаційна безпека забезпечується функціями шифрування, автентифікації та захисту цілісності даних. 128-бітний алгоритм шифрування AES надійно захищає дані від несанкціонованого доступу.

Під час автентифікації особа відправника перевіряється за допомогою адрес джерела пакетів, які захищені 32-бітними кодами MIC (Message Integrity Code — код цілісності повідомлення). Перевірка цілісності гарантує, що дані дійшли до отримувача без змін, із автентичним кодом MIC. Додаткову безпеку даних забезпечує перемикання частоти із псевдовипадковою послідовністю переходу.

Мережі WirelessHART

Щоб мережа була безпечною, усі пристрої проходять автентифікацію перед підключенням до мережі. Для цього пристрої регулярно передають та оприлюднюють мережеву інформацію у формі невеликих пакетів даних, так званих маяків.

Щоб новий пристрій міг підключитися до мережі, він повинен спочатку прийняти один із цих пакетів даних. Прийнявши пакет-маяк, новий пристрій надсилає мережевому диспетчеру WirelessHART вищого рівня запит на встановлення з’єднання.

Процес автентифікації нових абонентів мережі

Процес автентифікації нових абонентів мережі

Запит на встановлення з’єднання разом із запрограмованим мережевим ідентифікатором пристрою та ключем з’єднання містить додаткові автентифікаційні дані. Якщо диспетчер мережі приймає мережевий ідентифікатор і ключ з’єднання, він передає на новий пристрій таку інформацію: автентифікаційні дані, а також відомості про канал обміну даними в мережі й про задане вікно часу для передачі даних через цей пристрій.

Після успішної передачі пристрій підключається до мережі та може використовуватися для передачі й оприлюднення даних.

Три типи пристроїв WirelessHART

Шлюз WirelessHARTВимірювальний прилад WirelessHARTАдаптер WirelessHART
Шлюз WirelessHARTВимірювальний прилад WirelessHARTАдаптер WirelessHART
ФункціїТочка доступу
+
диспетчер мережі
+
шлюз
Радіомодуль
+
вимірювальний модуль
+
джерело живлення
Радіомодуль
+
засіб для підключення
наявних пристроїв
Сфера застосуванняЗв’язок із системою-хостомБездротове вимірюванняІнтеграція кабельних
вимірювальних приладів із WirelessHART

Так званий шлюз WirelessHART — це пристрій, що відповідає стандарту HART і поєднує в собі три складники.

  1. Модуль точки доступу (Wireless Access Point) служить для підключення окремих польових пристроїв до бездротової мережі.
  2. Програмне забезпечення (диспетчер мережі) керує підключенням до мережі та забезпечує безпеку мережі й автентифікацію польових пристроїв. Окрім того, диспетчер мережі оптимізує трафік даних і слідкує за тим, щоб дані завжди можна було передати через мережеві пристрої в задані інтервали часу.
  3. Власне шлюз виконує роль інтерфейсу між мережею обладнання (системою-хостом) і мережею WirelessHART. Ці три складники можуть поєднуватися в одному модулі або використовуватися окремо в будь-яких комбінаціях. Можливе також подальше розширення шляхом додавання точок доступу.

Пристрої WirelessHART (здебільшого бездротові вимірювальні прилади) складаються з радіомодуля з інтегрованими функціями вимірювання або моніторингу. Вони вможливлюють зручне розширення наявних систем і швидко вводяться в експлуатацію в нових установках.

Завдяки цьому можна легко охоплювати точки вимірювання, недоступні раніше через надмірну складність прокладання кабелів або екологічні обмеження. Джерелом електричного живлення пристроїв WirelessHART можуть служити сонячні батареї, електромережа або елементи живлення.

Адаптер WirelessHART дає змогу підключати до мережі WirelessHART уже наявні кабельні пристроїв HART. Адаптер сумісний із наявними кабельними з’єднаннями й забезпечує безперешкодну та безперебійну передачу сигналу 4—20 мА.

Адаптер WirelessHART може приймати сигнали з кількох HART, що дає змогу значно скоротити витрати на обладнання. Джерелом електричного живлення адаптера WirelessHART може служити замкнене електричне коло (петля), електромережа або елемент живлення. Адаптери, зокрема, використовуються для прийняття сигналів HART від уже встановлених пристроїв, підключених до хоста, що не підтримує HART.

PHOENIX CONTACT в Україні ТОВ „Фенікс Контакт”

03115, Україна, м.Київ
вул. Краснова, 27
+ 380 44 594 55 22

Сервіс

Цей веб-сайт використовує cookies ("кукі"). Продовжуючи переглядати, ви погоджуєтеся з нашою політикою щодо використання cookie. Читайте нашу політику конфіденційності для отримання більш детальної інформації.

Закрити