Prozesstechnik WirelessHART – die Fakten

Das WirelessHART der HART Communication Foundation soll einen Evolutionssprung in der Prozesstechnik auslösen. Mit Abschluss der Spezifikationsarbeiten stehen jetzt die technischen Voraussetzungen für Geräte-Implementierungen zur Verfügung.

WirelessHART ist Teil der HART-7-Revision, deren Veröffentlichung im August – nach der Annahme und abschließenden Bearbeitung der HCF-Mitglieder-Kommentare – ansteht. Mit rund 500 Seiten stellt WirelessHART den Löwenanteil an der HART-7-Spezifikation. Zugeschnitten auf die Anforderungen der Prozessindustrie sind die wichtigsten Kennzeichen von WirelessHART:

  • Datenverschlüsselung auf Basis des Advanced Encryption Standard (AES 128), der in den USA für staatliche Dokumente mit höchster Geheimhaltungsstufe zugelassen ist.
  • Erhöhte Störsicherheit;
  • Passwort-geschützter Gerätezugang
  • sowie Kompatibilität zu den HARTVersionen 5 und 6.

Mit WirelessHART tritt die HART Communication Foundation (HCF) nicht an, die klassische, leitungsgebundene HART-Kommunikation zu ersetzen. Vielmehr ist die Koexistenz mit der 4- bis 20-mA-Technik eine der wichtigsten und auch umgesetzten Forderungen: Leitsysteme können parallel zu WirelessHART wie gewohnt über 4- bis 20-mA-Signale Sensorsignale einlesen und den Prozess steuern.

Darüber hinaus ermöglicht Wireless-HART die Integration Batterie-betriebener Feldgeräte in Instandhaltungskonzepte, beispielsweise Überwachungsgeräte für Pumpen, Filter und Separatoren. Zudem erschließt die Wireless-Technologie neue Applikationsfelder in Prozessanlagen, bei denen die Ermittlung der Prozessinformationen bislang technisch unmöglich oder mit zu großen Kosten verbunden war.

Kompatibilitäts-Mechanismen stellen sicher, dass HART 7 – wie auch HART 6 – mit dem momentan noch am weitesten verbreiteten HART 5 koexistiert und sich in Systeme integrieren lässt. Umgekehrt ist auch die im Feld installierte Basis an HART-5/6-Geräten über WirelessHARTAdapter nachrüstbar.

Die Komponenten

Ein WirelessHART-Netzwerk besteht aus den verschiedenen Netzwerk-Knoten (Feldgeräte, Router oder drahtlose Bediengeräte), mindestens einem Gateway und einem Netzwerk-Manager, die untereinander in einem vermaschten Netzwerk über Funk kommunizieren. Hinzu kommt ein Security-Manager, mit dem unter anderem die Passwörter und Zugangs-Schlüssel verwaltet werden. Diese Trennung zwischen Netzwerk- und Security-Manager erlaubt, die speziell in großen Unternehmen übliche organisatorische Trennung zwischen IT-Security und der MSR/Anlagentechnik abzubilden.

Zentrale Komponente bei Wireless-HART bildet der Netzwerk-Manager, der folgende Funktionen übernimmt:

  • Aufbau des vermaschten Netzwerks;
  • Integration neuer Teilnehmer;
  • Definition des Zeitrasters für die Kommunikation mit den Geräten;
  • Festlegung der redundanten Kommunikationswege zu allen Teilnehmern;
  • Überwachung des Netzwerks inklusive der Definition neuer Routen bei Störungen.

Aufgrund der vermaschten Architektur kann der Netzwerk-Manager sowohl im Funk-Gateway als auch im Leitsystem oder auch im Asset-Management-System integriert sein. Zur Überwachung des Netzwerks erhält der Netzwerk-Manager vom Sicherheits-Manager – der zweiten zentralen Software-Komponente – die Daten zur Verschlüsselung- und Authentifizierung.

Die Priorisierung der Aufgaben sowie das Zeitverhalten des gesamten Netzwerks werden im Netzwerk-Manager geplant, konfiguriert und überwacht. Für diese Aufgaben braucht der Netzwerk-Manager Informationen von den Feldgeräten, zu welchen benachbarten Geräten sie Funkkontakt haben. Auf Basis dieser Routing-Informationen definiert der Netzwerk-Manager dann die Funk-Routen bis zum Empfänger.

Der Netzwerk-Manager legt auch fest, welcher Teilnehmer wann und wie oft kommunizieren darf und bestimmt damit die Aufteilung der Bandbreite zwischen den Teilnehmern. Dabei wird auch der Energiehaushalt jedes einzelnen Gerätes berücksichtigt und batteriebetriebene Geräte nach Möglichkeit icht als Router genutzt.