Prozesstechnik
WirelessHART – die Fakten
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
PID-Regelung mit WirelessHART
Obwohl die ersten Anwendungen von WirelessHART wahrscheinlich in der Prozess-Beobachtung sein werden, ist prinzipiell auch die Realisierung von PID-Regelungen machbar. Dies wurde anhand eines Reaktors für Zitronen-Säure (Citric Acid) durchgerechnet. Entscheidend ist die richtige Definition der Update-Raten der im Regelkreis aktiven Prozess- und Stellwerte.
Bei WirelessHART lässt sich das über sogenannte Superframes realisieren, die der Netzwerk-Manager definiert. Ein Superframe stellt eine zyklische Reihenfolge der TDMA-Slots dar, beispielsweise mit Zykluszeiten von 1, 4, 8 und 16 Sekunden. In diesem Superframe sind alle Geräte direkt erreichbar. Die Superframes werden so berechnet, dass die Zykluszeiten ohne Jitter eingehalten werden.
Falls ein Routen über andere Geräte notwendig ist, werden die dafür benötigten Slots bei der Ermittlung der Latenzzeit ebenso berücksichtigt wie die azyklische Kommunikation für Netzwerk-Management-Funktionen oder für die Geräte-Konfigurationen und -Diagnose (Dynamische Bandbreiten-Zuweisung). Aus Performance-Gründen sollten Regelungen jedoch in der Nähe des Gateway positioniert sein, damit die Routing-Slots entfallen.
Der Netzwerk-Aufbau
WirelessHART-Netzwerke organisieren sich selbst in drei Schritten:
- Annoncieren (Werben);
- Anmelden;
- Betrieb nach vorgegebenem Zeitraster.
Zuerst beginnt das Gateway im Auftrag des Netzwerk-Managers sein Netzwerk zu annoncieren – bekannt zu machen. Dazu sendet es regelmäßig Informationen über die Netzwerk-ID und die Zeitsynchronisation (Annoncierungs-Zyklus). Damit das Netzwerk flexibel wachsen kann, werden diese Informationen auch von jedem bereits angemeldeten Gerät gesendet. Daher können sich neue Netzwerk-Teilnehmer auch außerhalb der Reichweite des Gateway anmelden.
Bei dem Versuch, sich in das Netzwerk einzuloggen, hört das Gerät die Netzwerk-ID ab und sendet während des Annoncierungs-Zyklusses seine Anfrage an den Netzwerk-Manager – direkt oder über die bereits angemeldeten Wireless-Geräte. Nach der erfolgreichen Authentifizierung beim Security-Manager antwortet der Netzwerk-Manager mit einem Aktivierungs-Datenpaket und definiert die Routing-Verbindungen zwischen dem neuen Gerät und den benachbarten Knoten.
Anschließend werden die Konfigurationsparameter des Geräts ausgelesen, beispielsweise wie oft es Prozessdaten senden muss (maximale Übertragungsrate: 1 Sekunde), in den aktuellen Zeitrasterplan (Superframe) eingetragen und zum Gerät sowie an alle Teilnehmer gesendet, auf die das Gerät routet.
Der Autor: Jean-Luc Griessmann ist Leiter der HART Communication Foundation Europe in Basel.
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