Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Standard Wireless HART schválen

Skupina HART Communication Foundation (HCF) ohlásila v dubnu tohoto roku dokončení prací na návrhu specifikace bezdrátového protokolu Wireless HART a rozeslala jej členským společnostem k vyjádření připomínek. Po několika měsících intenzivní práce byly jednotlivé připomínky projednány a zapracovány a 7. září 2007 byla výborem HCF schválena konečná verze standardu. Očekává se, že výroba prvních produktů s komunikací Wireless HART začne počátkem příštího roku.
Wireless HART (jako ochranná známka zapsáno v podobě WirelessHART) − bezdrátová verze protokolu HART − aspiruje na to, být prvním otevřeným mezioperačním bezdrátovým komunikačním protokolem cíleně navrženým pro robustní a bezpečný rádiový přenos dat v průmyslových provozech. Ředitel HCF Ed Ladd uvedl, že HCF byla motivována k vývoji protokolu Wireless HART zejména neexistencí dostatečně deterministického protokolu, který by splňoval požadavky řídicích úloh v průmyslové praxi. HCF proto v březnu 2005 oficiálně začala svoji činnost s cílem navázat na výhody poskytované původním protokolem HART a zachovat zpětnou kompatibilitu s ním.
 

Protokol HART

Protokol HART (Highway Addressable Remote Transducer), vyvinutý zhruba v polovině osmdesátých let dvacátého století firmou Fisher Rosemount, je rozšířeným standardem využívaným zejména pro komunikaci s inteligentními snímači. Jeho popularita je dána mj. i skutečností, že pro oboustranný číslicový přenos dat, který nese škálu dodatečných informací ze snímačů, využitelných např. pro vybavení výstražných hlášení, a který pomáhá při kalibraci či konfiguraci snímačů, využívá stejné vedení jako analogová proudová smyčka 4 až 20 mA bez narušení analogové komunikace; to značně snižuje náklady na instalaci. Nicméně ne vždy je tento digitální signál využíván: při použití pouze klasických analogových I/O karet jej totiž nelze přečíst.
 

Wireless HART

Specifikace nového standardu pro bezdrátovou komunikaci je důležitým krokem v oblasti průmyslové automatizace zejména proto, že základna uživatelů využívajících původní HART je enormně rozsáhlá. Celosvětově je v současnosti v provozu více než dvacet milionů zařízení komunikujících protokolem HART, přičemž je odhadováno, že běžně je využívána pouze desetina diagnostických možností nabízených těmito zařízeními. Navíc pouze 10 až 15 % senzorů je využíváno ke kontinuálnímu sledování měřené veličiny. Otázkou sice zůstává, zda pouhá možnost snadného bezdrátového připojení prvku bude motivovat koncové uživatele k širšímu využití schopností dosavadních systémů a ke zpracování dodatečných informací poskytovaných zařízeními HART, nicméně bezdrátová komunikace s sebou nese kromě flexibility i množství dalších výhod a v dnešní době se stává běžnou průmyslovou praxí. Nenáročné doplnění již existujících systémů o bezdrátové prvky bez nutnosti složitých změn v instalovaných řídicích soustavách komunikujících protokolem HART tak bezesporu rozšíří možnosti těchto systémů.
Člen poradenské skupiny ARC Advisory Group Will Chin předpokládá, že podíl inteligentních členů zapojených do řídicích procesů se do roku 2011 zdvojnásobí, přičemž těžištěm oblasti jejich použití bude monitorování výrobních procesů. Lze očekávat, že více než 40 % monitorovacích zařízení bude bezdrátových.
 

Blíže o novém standardu

Specifikace Wireless HART byla navržena s cílem doplnit, nikoliv nahradit původní standard pro pevné spoje a umožnit komplexnější zapojení inteligentních senzorů do systémů správy a řízení výrobních procesů. Podporuje kompletní škálu měřicích a řídicích prvků spolupracujících s původním protokolem HART a disponuje všemi vlastnostmi tohoto standardu, ke kterým navíc přidává možnosti bezdrátových spojení. Používá stejnou uživatelskou vrstvu jako její předchůdce, což by mělo značně usnadnit přechod na nový standard jak výrobcům, tak i současným uživatelům. Zapomenuto nebylo ani na rozhraní umožňující přístup k ostatním zařízením a protokol spolupracuje se standardem EDDL (Electronic Device Description Language, IEC 61804-3), na jehož vývoji se HCF podílí spolu s dalšími třemi organizacemi podobného zaměření v rámci skupiny ECT (EDDL Cooperation Team).
Nový bezdrátový protokol vyhovuje normě IEEE 802.15.4, upravující energeticky úspornou komunikaci v pásmu 2,4 GHz. Předpokládaná životnost baterií zařízení by měla být tři až deset let. Zajištěna je zpětná kompatibilita s veškerým současným vybavením pracujícím na bázi HART. Lze tedy využít stejné nástroje pro konfiguraci a údržbu zařízení i diagnostické nástroje a procedury. Struktura komunikační sítě není omezena pouze na spojení mezi dvěma body, k dispozici jsou složitější architektury typu hvězda nebo mesh a jejich kombinace doplněné schopností samoorganizování a samozotavení. Komunikace využívá klasické schéma adresování MAC (Media Access Control).
Jedním z cílů návrhu bylo umožnit snazší průchod informací v reálném čase a poskytovat 99% spolehlivost přenosu dat. K přenosu dat je využit rádiový přenos obdobný jako u protokolu ZigBee, navíc rozšířený o metody frekvenčních přeskoků (FHSS − Frequency Hopping Spread Spectrum). K zajištění komunikace byly zvoleny techniky blokového kódování AES128, anti-jamming, doplňování zpráv kódem pro ověření integrity (MIC − Message Integrity Codes) a další funkce zabezpečující přenos dat po všech stránkách.
 

Závěrem

Bezdrátové komunikace přinášejí do současných řídicích systémů množství výhod a jejich využití se stává běžnou záležitostí. Dlouho očekávaná specifikace bezdrátového protokolu Wireless HART navržená skupinou HCF ve shodě se současnými trendy v oblasti bezdrátové průmyslové komunikace bezesporu napomůže dalšímu rozšíření těchto prvků, a to zejména díky zpětné kompatibilitě s celosvětově široce používaným standardem HART.
Skupina HCF se zaměřuje na poskytování celosvětové podpory systémům využívajícím protokol HART; jejími členy jsou hlavní výrobci v oblasti bezdrátové komunikační techniky. Více informací o činnosti skupiny lze získat např. na http://www.hartcomm.org
Ing. Petr Buryan
 

 


Válka bezdrátových sběrnic skončila dříve, než začala

Jak se konstatuje v článku, standard Wireless HART byl 7. září 2007 schválen jako součást specifikací HART 7. Proces schvalování byl až do závěrečného hlasování nečekaně dramatický. Ještě krátce před rozhodujícím okamžikem, 5. září, se na členy výboru HCF obrátil ředitel společnosti Honeywell Process Solutions Jack Bolick s výzvou, aby Wireless HART nepodpořili. Zdůvodňoval to tím, že se počítá se schválením normy ISA SP100, které v sobě může Wireless HART zahrnovat. Podle společnosti Honeywell by schválení dvou rozdílných standardů nebylo účelné a zbrzdilo by rozvoj bezdrátové komunikační techniky v průmyslové automatizaci.
Výkonný ředitel sdružení HCF Ron Helson vzápětí, 6. září, odpověděl dopisem členům HCF, kde se podivil náhlé změně stanoviska společnosti Honeywell, která od počátku aktivně spolupracovala na vývoji Wireless HART, a vyzval členy výboru, aby respektovali přání většiny členů HCF, nenechali se názorem společnosti Honeywell ovlivnit a standard schválili. K tomu skutečně o den později došlo.
Zdálo se, že tím začne nové kolo války sběrnic, tentokrát bezdrátových. Naštěstí se ukázalo, že existuje dostatečná vůle ke spolupráci. 24. září byla uzavřena dohoda mezi HCF a ISA, jejímž předmětem je začlenění Wireless HART do řipravovaného standardu SP100 jako ISA SP100.11a. Obě strany se dohodly, že si budou poskytovat veškeré dokumenty potřebné k tomu, aby standardy Wireless HART a SP100 byly v úplném souladu. Aby byl mír úplný a naprostý, 27. září byla uzavřena další dohoda, tentokrát mezi HCF, Fieldbus Foundation a PNO (Profibus Nutzerorganization), o kooperaci v oblasti uvádění bezdrátových komunikací do průmyslové praxe.
(Bk)