Langattoman Hart-protokollan ominaisuuksia ja käyttöesimerkki

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena on perehtyä WirelessHART-protokollaan ja saada siten lisäarvoa, joka tukee aikaisempia opintoja. Tarkoitus oli, että aihe olisi kelvollinen sekä pro gradu-tutkielmaan että AMK-insinöörityön aiheeksi. Teoriaosuus on koottu pääosin laitevalmistajien Internet-sivuilta ja yliopistojen vastaavilta sivuilta. Työ tehtiin omana työnä, eikä sillä ollut suoraa kytkentää teollisuuteen. WirelessHART-teknologiasta on saatavissa paljon informaatiota, ja siitä on myös tehty useita opinnäytetöitä. Kuitenkin kaikkien niiden katsantokanta poikkeaa toisistaan. Tässä työssä on pyritty tuomaan aihetta monipuolisesti esille. Työssä tarkastellaan aihetta teoreettiselta ja käytännölliseltä kannalta.

WirelessHART- ja langallinen HART-prokolla voivat toimia rinnakkain. WirelessHART pohjautuu langalliseen HART-prokollaan sisältäen sen lisäksi radioyhteyden. WirelessHART koostuu älykkäistä kenttälaitteista, jotka voivat olla mittalaitteita tai toimilaitteita. Jokaisella kenttälaitteella on signaalin välityskyky jonkun toisen laitteen puolesta. Näin muodostuu verkko, joka voi peittää laajan toiminta-alueen. Langattomia järjestelmiä sijoitetaan yhä enemmän erityisesti kemian prosessilaitosten yhteyteen. Leviämisen esteenä on ollut aiemmin todellinen tai otaksuttu langattomien verkkojen epäluotettavuus. Prokollia on jatkuvasti kehitetty luotettavuuden ja turvallisuuden parantamiseksi. Langaton verkko ei kuitenkaan tule kokonaan korvaamaan langallista verkkoa, vaan se täydentää sitä niissä kohteissa, joihin ei taloudellisista tai muista syistä ole järkevää sijoittaa langallista verkkoa.

Tässä työssä tutustuttiin ammattikorkeakoulun automaatiolaboratorion DeltaV-ohjausjärjestelmään ja Emerson-yhtiön teknologiaan. Tällä kokoonpanolla ei tehty järjestelmätestausta, vaan tutustuttiin teknologiaympäristöön ja sen toimintaan. Lisäksi referoitiin aikaisemmin tehtyjä WirelessHART-verkon testaustuloksia. Tekijän käsityksen mukaan aiheesta kerrottiin oleellinen sekä teorian että käytännön osalta. Erityisesti se on laajentanut tekijän omaa tietämystä langattomista verkoista ja on toivottavasti myöhemmin hyödynnettävissä.

The aim of this thesis was to study WirelessHART protocol and thus obtain added value, which supports earlier studies. The objective was that the topic would be eligible for the master's thesis as well as for the Bachelor's thesis. The theoretical part is mostly collected from the websites of hardware manufacturers and Universities. The thesis is an independent piece of work, and it has no direct connection with the industry. There is a lot of information available on WirelessHART technology, and a number of theses have also been made on the subject. However, the perspectives of these theses differ from each other. This work aims at diversely examining the subject.The thesis examines WirelessHART protocol from both theoretical and practical point of view.

WirelessHART and HART protocols are interrelated, so that they can work side by side. WirelessHART is based on the HART protocol including a radio connection in addition. WirelessHART consists of intelligent field devices that can be actuators or measuring devices. Every field device has an ability to carry a signal on behalf of some other device. This way they form a network which can cover a large area. Wireless control systems are increasingly placed in the chemical process plants. The factual or supposed unreliability of wireless networks has earlier been an obstacle to their extensive use. Protocols have been continuously developed in order to improve their reliability and safety. Wireless networks, however, do not completely replace the wired network, but they complement it in places where it is not sensible to invest in a wired network for financial or other reasons.

In this work there were explored the DeltaV automation control system in the science laboratory of the Oulu University of Applied Sciences and network hardware of Emerson company. Systematic testing was not done with this configuration but the technological environment and its functions were studied. In addition, previous WirelessHART network test results were summarized in the thesis. The author believes that this work covers the essential theoretical and practical issues on the subject. In particular, it has expanded the author's own knowledge of the subject and would hopefully be utilized later.