Resumen wireless hart

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    28-Nov-2014
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Resumen básico de WirelessHART INACAP CONCEPCIÓN-TALCAHUANO

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  • 1. Qu se entiende por el trmino Wireless? Wireless en castellano significa Inalmbrico y se refiere a la tecnologa donde se utilizan ondas de radio, microondas o similares para transmitir seales o conectar dispositivos. Qu es WirelessHART? Es un protocolo de red de malla, auto-organizable y auto-reparable. Es inalmbrico, y se usa para la automatizacin de procesos y control basado en la IEEE 802.15.4 a baja potencia en la banda 2.4Ghz Esta es una variante del protocolo HART, pero con capacidades inalmbricas, manteniendo siempre la compatibilidad con HART. Evolucin de HART.
  • 2. Resumen de las caractersticas de todas las versiones de HART.
  • 3. Resumen de las caractersticas de HART 7 (WirelessHART). -Redes auto-organizables y auto-reparables: Hablamos de redes que tienen la capacidad de encontrar el mejor camino para enviar y recibir los datos y en caso de algn problema busquen otro camino para transmitir los datos. -Time Synchronized Mesh Protocol (TSMP): Proporciona los intervalos de tiempo para la sincronizacin de la transmisin sobre la red, en simples palabras slo se transmitir informacin cuando sea necesario con el fin de preservar la vida de la batera y reducir la interferencia. -Report by Exception Time- and Condition-based Alerts: Slo si cambia significativamente el valor de la PV o hay un evento importante, el tiempo de actualizacin del sistema aumentar. O sea hablamos de reportes inteligentes, con el fin de ahorrar energa. -Time Stamp: Cada instrumento contiene un reloj sincronizado que le permite transmitir datos en el momento correcto. Este reloj tambin se utiliza para mostrar la fecha y hora en que se produce un evento. -Process Variable (PV) Trending: Toma los valores de los instrumentos de campo y los enva a las estaciones de operacin para mostrar grficos de tendencias de la variable de proceso. -Wireless Diagnostics: Hace un seguimiento de la red inalmbrica para garantizar la salud y estado de seguridad de la red. -Wireless Security (Seguridad de la red): Mltiples mtodos de seguridad para proteger los datos que circulan por la red. -Loop Test: Testeo remoto del lazo de 4 20mA -HART Compatibility: Ofrece compatibilidad con todos los instrumentos HART, agregndoles un adaptador Wireless.
  • 4. Qu es una red de malla? Es un hibrido de las topologas AD-HOC e Infraestructura. Bsicamente es una red de topologa infraestructura, pero que permite unirse a otros dispositivos que estn fuera de la cobertura del Gateway gracias a los otros dispositivos que componen la red. Otros tipos de redes que se pueden confeccionar para WirelessHART. Red mallada.
  • 5. Normas, protocolos y estndares de HART inalmbrico. WirelessHART es un estndar de comunicacin inalmbrica que opera actualmente en la banda de radio ISM de 2.4GHz (banda de frecuencia de licencia libre), usando radios del estndar IEEE 802.15.4. Para evitar las interferencias, WirelessHART tambin incorpora saltos de canal (Frequency Hopping) de acuerdo a las normas y estndares de la industria, como la IEEE 802.15.4 y DSSS (espectro ensanchado por secuencia directa). Esto permite una operacin confiable, incluso si hay presencia de otras redes en la banda de los 2.4 GHz. Asimismo, posee robustos mecanismos de seguridad, como encriptacin AES 1128, gestin de cdigo, y autentificacin, de modo que los datos y la red estn protegidos todo el tiempo. -Banda de radio ISM de 2.4GHz: Es una banda de radio frecuencia ISM (Industrial, cientfico y mdico) que no necesita licencia para operar en ninguna parte del mundo. Va desde los 2.4 a 2.5GHz con 15 canales disponibles. El canal 1 corresponde a los 2.405GHz y en canal 15 a los 2.575GHz. -Estndar IEEE 802.15.4: Estndar desarrollado por Zig-Bee y el grupo 15 de la IEEE 802 para redes inalmbricas, el cual nace por la necesidad industrial y domestica de ahorrar energa con dispositivos de baja potencia y obtener redes auto-organizadas y auto- reparables. La capa MAC del estndar controla el acceso al canal radio y es la responsable de validar y entregar tramas, hacer de interfaz de red, sincronizacin de red, asociacin de dispositivos y servicios seguros. -FHSS (Saltos de frecuencia): Consiste en dividir los datos y enviarlos a distintas frecuencias durante un intervalo de tiempo llamada (dwell time). Los datos se transmiten saltando de una frecuencia a otra, en un orden determinado que han de conocer la emisora y el receptor. -DSSS (espectro ensanchado por secuencia directa): Los datos se mezclan con seales de ruido y se envan por paquetes a distintas frecuencias de manera secuencial. Slo el receptor puede decodificar la seal y obtener los datos. -Channel hopping (Salto de canal): Los dispositivos WirelessHART utilizan 15 canales dentro del espectro de 2,4 GHz. El uso pseudo-aleatorio de los canales asegura que la interferencia en uno o varios canales no impida la comunicacin.
  • 6. Elementos de una red Wireless HART Para la implementacin de una red, se especifican estos elementos principales: -Dispositivos de Campo: Dispositivos de campo con tecnologa WirelessHART nativa que permiten enviar informacin, tanto de la variable primaria como de otras (diagnstico, configuracin, etc.) de manera inalmbrica hacia diferentes Hosts. -Gateway: Habilitan la comunicacin entre el dispositivo donde reside la aplicacin (Maestro) y los dispositivos de campo. Un Gateway y sus puntos de acceso, deben ser incluidos en cada red. Este dispositivo funciona como interfaz entre la capa de aplicacin y los dispositivos de campo. -Access Point: De una manera sencilla, puede entenderse como el radio WirelessHART instalado en el Gateway. -Host: Computadora que posee la aplicacin en la cual ser usada la informacin proveniente de la red inalmbrica. Esta aplicacin puede ser relacionada al mantenimiento de los dispositivos (como un sistema de gestin de activos) o puede ser cualquier tipo de aplicacin de control o supervisin. -Administrador de red: responsable de la configuracin, calendarizacin de la comunicacin entre los dispositivos, administracin de la tablas de rutas, as como monitoreo y reporte de la salud de la red. Mientras se pueda soportar con administradores redundantes, debe haber nicamente un Administrador de Red activo por cada red existente.
  • 7. Qu debemos saber de WirelessHART? El nmero de instrumentos conectados a la red, slo depender del nmero de Gateways que utilicemos. En muchos casos el mximo de dispositivos que pueda enrutar un Gateway es de 100 dispositivos. Hay que tener en cuenta futuras modificaciones (ampliar la planta), es por eso que se debe tener un margen de alrededor del 40% de espacio libre en el Gateway. Para calcular el nmero de puertas de enlace a utilizar, tenemos la siguiente frmula: -La velocidad mxima que se puede transmitir en la red es de 250Kbit/s, en paquetes de datos de 133Bytes. Nota: 128bits, corresponden a datos tiles (PV, informacin de instrumentos, etc.). -La confiabilidad de la red que asegura WirelessHART, es superior al 99%: Pero se debe tener en cuenta algo muy importante: - El 25% de los instrumentos inalmbricos en la red debe estar dentro del rango del Gateway inalmbrico por la naturaleza dinmica del ambiente donde se encuentra el proceso. Para la puesta en marcha de la red, ese valor puede ser hasta de un 10% como tope. Los dispositivos pueden ser alimentados: -Bateras: Suelen utilizarse en lugares de difcil acceso, donde no se puede cablear o en lugares altamente explosivos. A medida que pierden vida til, disminuye la potencia de transmisin. - Alimentacin a travs del lazo 4-20mA (algunos dispositivos). - Panel solar. - Externa con 24Vdc.
  • 8. Distancias entre dispositivos y equipos. Las siguientes reglas de diseo se pretende que sean muy conservadoras. El alcance efectivo de un dispositivo es la distancia lineal entre los dispositivos de campo WirelessHART. Por lo general, si los dispositivos WirelessHART no tienen obstculos entre ellos, tienen una lnea de visin clara, y estn montados al menos 2 metros por encima del suelo, entonces el rango efectivo de [10mW / 10dB] de potencia es de aproximadamente 228Mts. Las obstrucciones disminuyen el alcance efectivo. La mayora de los entornos de proceso tienen altas concentraciones de metal que hacen que reboten las seales de RF y lleguen muy dbiles al otro punto. A continuacin se presentan tres clasificaciones bsicas de alcance efectivo en el entorno del proceso: -Fuerte obstruccin [30Mts]: Este es el ambiente tpico de plantas de densidad pesada. -Mediana obstruccin [76Mts]: Se trata de las reas de proceso ligeras, mucho espacio entre los equipos. -Ligera obstruccin [152 m]: Tpico de bases petroleras. A pesar de tener grandes estanques, hay un montn de espacio entre las obstrucciones. -Libre de obstruccin [228 m]: La antena para el dispositivo est montado por encima de las obstrucciones y el ngulo terreno no vara ms all de 5 grados.