技术更新:为什么是WirelessHART?

更好的网络连接(尤其是无线通信)可以增强数百万个进程设备的巨大潜力，这些设备配备了HART协议，但没有定期与其他系统共享有关进程的信息。与适当的网络硬件相连的WirelessHART协议并不局限于“拯救”搁浅的设备。它还可以用来创建或扩展网络，而不需要任何电线。

HART协议被过程自动化行业使用了20多年，在安装在石化、电力、食品和饮料、石油和天然气、水/废水和其他行业的3000万个HART设备中使用。其中约10%的数据被充分利用，为资产管理系统或其他数据收集设备提供有价值的数据。

自创建以来，HART协议经历了多次修订，从HART5到最新的标准HART7。HART通信基金会(HART协议的所有者和标准制定机构)确保该标准的每个修订都向后兼容以前的版本。

这意味着HART7设备可以与HART5设备一起工作。虽然该功能集将仅限于HART5设备，但这两种设备将完全兼容。随着向新的HART7标准的发展，出现了一个称为WirelessHART的无线选项。由于WirelessHART是一个公共标准，来自多个制造商的设备可以在同一个网络上一起工作。通过结合有线和无线技术，WirelessHART提高了可用性，并扩展了HART应用的范围。

大多数HART应用程序使用该协议在现场使用手持编程器来调试和校准仪器。一旦安装了仪器，HART数据就不会返回控制室，使设备中的HART数据处于搁浅状态。

WirelessHART提供了一种拯救这些搁浅设备的方法，允许主要过程变量使用传统的4-20 mA信号返回到DCS(分布式控制系统)，并通过无线网络提供所有剩余的HART数据。然后，工程师可以使用这些额外的数据进行预测或计划维护，提高过程分辨率，或清楚地定义仪器状况或故障。

原生WirelessHART仪器可以使用电池供电，无需电源线，从而无需挖掘沟槽和铺设电缆，降低了传统HART网络的部署成本。它将允许在以前由于物流、成本或运行电线的规定而无法实现的领域进行测量。

下一个问题是:

1. 你如何规划一个WirelessHART系统?
2. 设置起来有多难?

一个WirelessHART网络可以有三种设备类型:WirelessHART仪器、适配器和网关。

无线shart仪器使用电池电源是完全无线的。他们通过WirelessHART网络传输所有信息。适配器连接到有线HART仪器上，允许通过WirelessHART网络获得HART数据。它们将4-20 mA信号完整地连接到DCS系统。最后，网关允许所有WirelessHART仪器和适配器相互通信。网关负责网络管理、路由定义、安全保障、标准工业协议转换(如MODBUS转换为HART)，实现远程设备与控制室之间的通信。

要为WirelessHART仪器或适配器编程，安装程序通常可以使用标准HART手持设备或调制解调器，就像安装传统HART仪器一样。另一方面，WirelessHART网关通常通过基于web的管理进行编程，以便在PC上轻松进行基于浏览器的配置。然而，一些网关将允许通过HART手持设备或调制解调器编程，就像仪器一样。这是理想的情况下，PC不可用或不允许在特定的地区。

至于WirelessHART网络规划，无线网络利用了网状网络，这意味着每个设备都可以与网络中的其他设备通信，从而创建一个无线“网络”。使用网状网络系统极大地简化了设计和部署。“部署WirelessHART网络的一般建议是，任何已安装的设备都应该在200米内至少有两个其他设备。在大多数情况下，一个WirelessHART设备可以进行约100米(约300英尺)的通信。作为一种最佳实践，设备之间的距离应该是100米，尽管可以通过清晰的现场线进行更远距离的通信。”

每个设备都应该有一个备份路径，以防主路径发生故障。哪条路径是主要路径，哪条路径是次要路径?网关将定义它，因此在设计WirelessHART网络时不需要定义它。

一般来说，relesshart网络中的设备越多越好，因为设备数量越多会增加距离和冗余。然而，扩大网络规模也有一些缺点。随着网络规模的增加，来自所有无线设备的杂音也在增加。这可以降低来自网络的响应时间。它还会降低电池寿命，因为没有直接被请求数据的设备可能不得不从网络深处的设备路由信息。没有明确的界限来确定这种唠叨什么时候是过分的。这取决于应用程序。

将大型网络划分为较小的集群可以提高系统性能。通过使用集群方法，可以为远程设备提供更多的时隙。这允许更快的更新时间(如果需要)。由于需要较少的节点路由，电池寿命将会延长。如果需要将网络划分为集群，则需要在系统中增加网关。

传统网关通过以太网连接连接回控制室。如果网关位于工厂的远程位置，这种额外的布线可以减少与WirelessHART网络相关的成本节约。

有些网关，如Phoenix Contact WirelessHART网关(RAD-WHG/WLAN- xd)，除了有线以太网连接外，还集成了WLAN(802.11)网络。该WLAN网络将集中的HART数据连接到控制室，无需电线。使用无线局域网和有线连接进行回程，用户可以在网络中实现冗余。或者，如果使用有线回程，移动运营商可以使用WLAN网络连接到网关，这有助于网络维护。

由于该无线协议是针对工业环境设计的，因此可以克服干扰，保持安全。它使用128位高级加密标准(AES)和复杂的身份验证过程来确保通信信息的完整性。

总的来说，WirelessHART提供了一种具有成本效益的方法来最大限度地提高现有HART系统的效率。它还简化了新HART系统的组网。WirelessHART协议被设计得很简单，提供到同一网络中任何相邻WirelessHART设备的300英尺连接。像传统HART设备一样，它使用HART手持或调制解调器进行编程。

- Ira Sharp是凤凰联络公司无线产品营销主管专家。www.phoenixcontact.com/wireless．

www.hartcomm.org

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