在这个过程中WirlessHART网络行业

在过程行业,错误信息关于WirelessHART网络流行在许多仪表工程师。本文设置记录直接揭穿七共同神话WirelessHART相关网络。

1。WirelessHART是不安全的

假的。WirelessHART是安全的。但是为什么呢?让这广泛的工具。

加密沟通总是由WirelessHART加密网络,雇佣了128位AES加密系统(高级加密标准)——在几个领域的有线通信行业标准。然而,它不可能禁用加密。

安全经理WirelessHART网关管理以下三个参数:

• 网络ID
• 连接键
• 会话密钥

网络ID和连接键需要WirelessHART发射器集成到网络。一旦这些输入,发射机最初寻找正确的网络ID和当它检测到这样一个网络,发送一个“加入请求”消息与配置的关键。变送器的连接键然后检查WirelessHART网关。如果加入关键是正确的,发射机是接受的网络。沟通是加密的会话密钥。每个网络用户提供一个单独的会话密钥,这意味着他们只能接受到一个网络连接键。然而,其他用户不是解密的加密通信。

访问列表自动调试完成后,接受新的网络用户总是可以被禁用。这种方法可以确保新的网络用户不集成在网络,即使网络ID和连接键是正确的。为了一个新的订户融入网络,这个函数可以被禁用,或者UID(唯一标识符=独特的设备序列号)的网络用户可以手动输入到网关。不再出现在用户网络网关的用户列表也忽视了其他网络用户消息转发。

加入计数器当一个网络集成WirelessHART发射机,WirelessHART记录这些数据在所谓的加入计数器。设备的连接计数器增加如果它连接相同的网络或如果它重新启动。加入计数器包含在网关和网络用户和这些不能读出。当设备试图融入网络,加入计数器不符合网关,网关将下降。因此,一个设备不能代替与另一个设备没有被注意,即使两个拥有相同的UID。

临时的计数器——nonce计数器存在于每个传输消息。它包含等,UID和发射机发送的消息的数量。这种机制是用来标记每个消息以独特的方式。当截获消息重发一遍之后,它将确定为过时的,因此拒绝了。这种方法可以防止任何操纵沟通。

修改网络参数——网络ID、网络参数和连接键只能修改网关本身,或在一个WirelessHART发射机在本地显示或一个服务接口。此信息不能被修改网络用户或网络中的黑客。

2。WirelessHART网络太贵了

的确,WirelessHART设备更昂贵的相比有线哈特设备。但是,更重要的是,整个通信的成本投资比较如何?

WirelessHART设备更昂贵,因为:

• 他们使用高频组件
• 它们包含超低电力电子能延长电池寿命
• 他们需要实现防爆措施

然而,重要的是要考虑整个解决方案,而不只是单独的设备。该解决方案涉及到材料、工程时间和工时。

基础设施连接设备评估,一个新的连接设备的测量信号与DCS和PLC使用数据。这是通过当地的I / O系统的现场总线连接或远程I / O系统。虽然这是显示新安装时容易(绿地),这可能上升到一个挑战现在安装(棕色地带)。必须有一个闲置产能(终端、渠道,免费名额),添加新组件。另一个主要关心的是把电线从测量到I / O,需要连接的路由和保护箱、设备电缆、电缆槽和腺体和所有的配件。有必要安排,准备和安装所有这些基础设施。易访问的位置也必须确认,否则这种访问必须通过其他方式,比如通过设置脚手架塔。

工程和劳动力成本然后就开始,工程师们已经开发计划确定I / O是有意义的,在电缆可以运行和如何开展这项工作。文档应该不断更新跟踪电线的位置。

危险区域——危险区域进一步增加与通用领域的努力和困难。技术问题和当地条件必须考虑工程师。防爆专家必须验证计划安装,包括分离区和一个安全的电源。

无线设备保本点显然,一些计划和安装也需要一个WirelessHART网络。关键的差异涉及到的努力,因为只有WirelessHART网关需要安装驱动。负担能力将取决于当地情况。WirelessHART设备可以安装在任何方式,优化测量;爆炸分离区发生在默认情况下,因为没有物理连接区除了力学之间(如热电偶套管)。

然而,可以节省多少钱?无线解决方案获得保本点的第一安装三个或四个WirelessHART设备,除了一个网关。例如,考虑一个受欢迎的设备,监控热交换器和两个输出和两个输入。

热交换器将需要四个温度发射器。所以假设:

• 四个温度信号传送器
• 100米的距离预定的接线盒和控制室之间
• 每个发射机之间10米的电缆和接线盒

实现这一解决方案将花费大约20000美元,只有20%表示温度发射机的成本。

在无线的情况下,假设:

• 四个温度信号传送器
• 距离10米WirelessHART网关和控制室之间

实现这一解决方案将账户约15000美元,其中80%表示网关和WirelessHART设备的成本。

因此,无线解决方案可以节省多达25%与有线相比,它会节省更多的时间。实际上,这个解决方案可能有四分之一的时间。和下一个热交换器?如果连接,它将花费额外的20000美元。如果是无线,它只会添加新的WirelessHART设备的成本作为网关已经可用。

三个无线解决方案可以获得两个连接解决方案的价格,4个无线解决方案可以同时获得作为一个单独的连接解决方案。

3所示。WirelessHART网络是不可靠的

通信链路的过程控制和监测应根据需要可靠的和可用的。仅在需要的时候沟通失败的例子是一个众所周知的事实。因此,无线通信可以可靠吗?有趣的是它可以比电缆更可靠。时间同步跳频,网状网络是用来完成这个。

网状网络——描述之前,所有网络网关,将无线数据转换为有线数据准备PLC或DCS。大多数无线通信有一个明星架构,这意味着所有网络参与者连接只有头部或恒星中心。一颗恒星的主要例子拓扑WLAN和手机通信。WirelessHART网格体系结构,不是一个明星。网状网络中的参与者与网关之间也彼此沟通。此外,无线设备通知他们可以与其他参与者的网关。

其他无线参与范围被称为邻居。在分析信息的邻居,网关生成一个路由表,包括信息网络参与者的邻居。由于参与者可以达到彼此,他们可以路由的数据包和他们的邻居。通过这种方式,可以创建冗余通信路径为每个网络参与者的网关。如果一个通信路径失败,发送方会自动切换到冗余路径。必须承认每个数据包传输接收器,破碎的链接可以很容易地检测到。

RSSI和路径的稳定性——无线信号强度指标,也称为RSSI,表明网关的通信链路的质量。通过了解,网关可以发现信号电平是否已经太低还是足够的储备力量。网关接收RSSI的每个单一的通信链路,它可以很容易区分低和高水平的信号。网关也把数据包在传输过程中丢失每个通信链路。网关可以检测路径损失和高重发通过比较在网络传输数据包的总数。两种信息使用的网关检测好坏路径在一个网络。因此,网关可以现在选择好路径,应该使用的网络交流的参与者。

FHSS和DSSS——以确保可靠性,WirelessHART使用两种方法:直接序列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)。WirelessHART的2.4 GHz频率料斗乐队。广播信道变化后每两个网络参与者之间传播。跳跃在多个频率已被证明是一个行之有效的方法避开干扰和解决射频困难。输电阻塞时,后续的传播将是另一个参与者在一个不同的频率。结果很简单但非常有弹性的常见的射频干扰。

DSSS可以传输超过所需的信息,并发送八个比特的每一个信息。每一位是加密的,最主要的一点是恢复即使收到八个比特的不到一半。这使得通信对短期扰动和更强大的数据不再需要重新发送,可以节省能源、时间和带宽。

冗余——每个WirelessHART设备可以为其他设备路由数据,可以建立网络拓扑与冗余路径为每个网络的参与者。可靠的通信网关可以保证有至少三个独立,良好的沟通路径。网关可以建立所有的信息关于网络流量,拓扑结构和通信路径的质量。

4所示。WirelessHART网络的范围太短了

一个共同的问题在于最大距离可以被WirelessHART覆盖。有时,问题是有关环境和障碍物困惑的答案。WirelessHART设备需要达到什么范围?明智的回答围绕中继器,网络设置和带宽。

网络设置—无线数据网关,将它转换为有线数据准备PLC或DCS网络的主要目的。WirelessHART网络,正确地设置有至少三个设备范围内,包括网关。这保证了可靠的连接到网关。进一步,它必须确保网关位于网络的中心,或其他设备的网关成为捏点减少电池寿命和可能导致网络故障。

如果网络设置遵循这些建议,甚至可以获得近200英尺的范围在一个高度的区域。事实上,覆盖率通常会扩大到300英尺。在大型设施,更多的测量点数将被安装。这将自动扩大网络覆盖,因为新的WirelessHART设备将为其他设备路由通信。

频谱和带宽——以减少电力消耗,设备传输的数量应减少到任何应用程序服务是必要的。重新传输的数量也应保持尽可能低。WirelessHART使用时分多路访问,以避免碰撞。这意味着所有的链接都有自己的独特的时间段进行交流。这个链接应该出于这样或那样的原因失败,传输将传递给另一个链接。

2.4 ghz频率License-free ISM波段WirelessHART使用。这个乐队也可以使用其他应用程序(科学、工业和医疗乐队)。因此,重要的是,WirelessHART分享其带宽与所有其他技术操作在同一个乐队。这将导致碰撞和重新传输网络中的每个设备各种网络彼此不同步(蓝牙、无线局域网等)。

维持一个稳定和可靠的网络,时间槽应该保留,即使很少需要重新传输。需要更多的时间槽更快更新的设备和总的可用网络的带宽降低。在现实中,有一个更新的速度1秒可以很容易地导致最大12设备在一个网关。作为一种替代方法,两个WirelessHART网络可以并行操作,但这也会导致冲突和减少网络的带宽。而不是一个远程网络,两枚短程网络覆盖众多地区只有小重叠区域将提高其稳定性和设备电池寿命。

中继器或路由设备——时间、测点太远离网络连接,但这可以通过安装额外的路由设备来解决。而任何WirelessHART设备可以用于这个目的,最适合是一个紧凑的设备,可以轻松地安装和提供了一个容易可更换电池。

5。WirelessHART设备不断需要新的电池

无线设备是需要一个力量cord-not完全无线当然。因此,必须有一个可靠的和独立的电源。这个需求可以满足电池,但他们有限的能源的缺点。不用说,死电池应该再次得到一个电池驱动的设备运行所取代。但是,这个缺点真的有多大?

的WirelessHART设备从ABB采用工业标准d型号的主要细胞。这个细胞尤其为延长使用寿命设计的宽温度范围-55°C + 85°C,以满足加工工业的需要。然而,一生有多少是可以实现的吗?视情况而定。电池寿命是一个很难事实无法预测,而是它就像汽车的燃油消耗。一些需要少,需要更多的基于速度和加速度,交通和车辆的重量。

为了增加电池寿命,ABB电子具有超低功耗设计,更少的20倍相比,传统的4 - 20毫安哈特设备。所有组件所精心挑选他们的功能和功耗。设计的目的是消耗尽可能少的能量,包括软件。例如,次电流断电如果不是必需的。因此,传感器本身力量在两个测量和显示。更新速度足够慢,设备将陷入“深度睡眠模式”两个测量之间尽可能经常。

更新率是用户定义的时间间隔,此时无线设备开始测量和数据传输到网关。另外,更新率对电池寿命影响最大的——当更新率越快,电池寿命会降低。这意味着更新率必须尽可能的慢,但同时应满足应用程序的需求。基于过程的时间常数变量,更新速度必须快三到四倍监测开环控制的应用程序。它也必须是4到10倍监管闭环控制和某些类型的监控。

应该特别注意的更新率超过4秒。与这些更快的利率,设备将阻止陷入深度睡眠模式。更快的利率也会消耗相对更多的权力,从而影响设备的总数可以由一个网关。

突然命令设置——WirelessHART设备能够冲到三个独立的哈特命令。显然,每个命令的更新速度可以单独设置。然而,设备尽可能试图进入深度睡眠模式,如之前所述。默认情况下,更新率设置为彼此的倍数。这提供了设备的最佳条件保存尽可能多的能量。

网络拓扑结构电池寿命也可以影响mesh-functionality因为每个设备有路由功能。如果一个设备的行为作为一个家长为另一个设备和设备都设置相同的配置,那么家长应该传输数据的2倍作为它的孩子。同时,最节能的网络拓扑结构是一个有效范围内所有设备的网关。虽然这是不可能的,这之前应该考虑将网关。网关应该或多或少地在网络计划的中心,以延长电池寿命。以这种方式,像父母将是分布式的设备一致,而不是取决于只有少数设备路由数据。

所有这些事实了解电池寿命,可以期待什么?考虑所有这些节能建议和假设如下:

• 破裂一个命令
• 利用该装置在21°C
• 网关直接通信路径
• 有三个相同的子设备更新率

在这种情况下,电池寿命可能持续:

• 5年的更新率8秒
• 8年更新率的16秒
• 10年更新率32秒

如果设备在网络路由的关键位置或者更快的更新率是首选,ABB的能量收割机选项可以可靠地减轻电池。最重要的是,标准电池使用ABB的WirelessHART发射器,使他们容易获得。虽然这不会节省电池寿命,它肯定会省钱。

6。WirelessHART网络需要专家来设置

大多数工程师相信这是费力而恼人的建立一个无线网络。需要时间,确保安全通信,一切运行和包括所有首选网络参与者。但这是真的吗?我们需要做什么来得到一个WirelessHART网络运行?

无线WirelessHART网络组成元素:

• 现场设备与过程或工厂设备。2020欧洲杯下注官网显然,他们都将WirelessHART能力
• 一组网络参数:网络ID和连接键
• 一个网关,允许主机应用程序之间的通信和现场设备的WirelessHART网络

就是这样。现在,用户可以设置他们的网络在几个简单的步骤:

输入的网络参数——网关进入适当的操作,用户应该输入网络参数。这可以很容易通过集成的web浏览器WirelessHART网关。大多数网关提供的舒适的方式配置。现在,网络参与者可以加入网络,他们也需要网络参数。这是最简单的方法:用户可以命令他们首选的网络参数,或者他们必须手动输入参数。

因为维护所有WirelessHART设备提供的端口,用户可以使用可用的工具,已经连接哈特设备。这消除了需要更多的设备。2020欧洲杯下注官网WirelessHART设备可以像有线哈特设备操作。此外,ABB WirelessHART设备可以进入操作通过使用他们的人机界面。同样,用户不需要担心安全,因为它是所有内置。

更新的速度——WirelessHART设备能够破灭他们的测量值和默认情况下所有ABB WirelessHART设备可以破灭哈特命令9 16秒的间隔。这包括动态变量电视、SV、光伏、QV(与多个输出设备)的状态和剩余的电池寿命。克莱夫WirelessHART设备破裂哈特命令48每32个额外的设备状态信息。因此,用户不需要处理破裂配置。然而,更新率或根据需要可以更改的命令。

放置现场设备和网关——用户应该首先从网关安装开始。他们必须找到一个合适的位置和权力。自从网关作为WirelessHART之间的连接网络和主机应用程序,它需要电源和DCS有线连接。一旦WirelessHART设备准备,他们现在可以安装在该领域。

可以以同样的方式进行安装连接哈特设备。然而,WirelessHART设备没有电线,因此需要更少的努力。尤其是在危险的地方不会穿过区和输出设备不需要检查参数对输入设备交货。设备启动后,他们会自动出现在网络。网关处理一切,用户不再需要担心啮合网络或设备的通信。

7所示。WirelessHART太慢了

当用户要求覆盖应用程序所需的速度,他们通常会回答:尽可能快。然而,WirelessHART设备更新率之间的网络可以分别配置一次每秒,每小时一次。是足够快的一切吗?在回答这个问题之前,重要的是要看几个注意事项。

使用——首先,用户应检查WirelessHART网络的应用程序是:状态监测和过程监督。注意,无线样本/更新率应该是:

• 4为监管闭环控制快10倍
• 3到4倍的速度开环控制过程时间常数和状态监测的应用

测量在当前流程行业,60%以上简单的监测条件——而不是控制应用程序。因此,WirelelessHART更新速度等于或大于1秒可能适合大多数这些应用程序。显然,其他因素也可能适用。

时机——连接设备的情况下,更新率和时间通常不考虑。操作员和工程师认为DCS中的值实际上是真正的时间值的过程,获得的采样过密。在现实中,从最初的传感器信号通常是改变和扩展元素之前到达DCS。因此,在一个标准的连接安装,也存在延迟的测量值。这些事实很少知道仪器工程师,他们只是认为这些值不够及时。在WirelessHART领域、时间戳的数据包拼出测量值是多大了。这个指标允许工程师评估延迟和适当的反应。

与众不同的想法仪表工程师在这个过程中产业应该知道过程速度值可以改变状态监测和控制应用程序。不需要额外的知识WirelessHART。关于连接安装,这些知识影响PLC和DCS。WirelessHART,影响网络的规划。由于带宽是有限的资源,仪表工程师应该考虑以多快的速度更新率,而不是速度。

比较速度——1200比特每秒的速度是由传统FSK-HART循环。事实上,哈特在rs - 485电缆被限制为38400位每秒。250000比特每秒的速度由WirelessHART提供,这意味着WirelessHART超过200倍有线哈特也快六倍比哈特rs - 485电缆。通过分配网络的“快速管”参与者,无线网关提供了高带宽连接,比正常的快四倍。这是适合传输大量的数据,如上传和下载一个完整的配置。

术语

网关	包含至少一个主机接口的网络设备(如串口或以太网),充当入口或出口点。
跳	一个术语用来描述数据从一个设备传递到另一个是延长传输距离。也用来表示改变通道的功能。
加入	网络设备的过程进行验证,允许参加网络。一个设备被认为是加入网络的关键,网络管理器会话和一个正常的(不参加)超帧和链接。
邻居	网络中相邻节点。
现时标志	大量建造,是唯一的目前的旧包,以确保通信不能被重用在重播攻击。
安全管理器	管理网络设备的应用程序安全资源和监控网络安全的状态。
DCS	分布式控制系统
AES	高级加密标准
UID	唯一标识符
FHSS	跳频扩频
DSSS	直接序列扩频
孩子	一种设备,接收时间信息从另一个微粒是它的孩子。一个孩子通过母公司转发数据,也没有直接通信路径网关。
父母(或父母)	一种设备,作为时间同步的来源。尘粒的母公司是一个跳向前靠近网关和数据对这个孩子的。
节点(或设备)	一个可寻址的逻辑或物理设备附加到WirelessHART网络。
链接	两个网络设备之间的通信路径。

这个信息已经采购,审核并改编自材料由ABB提供测量及分析。欧洲杯足球竞彩

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