Bezprzewodowo po podłodze fabryki

Czy podłoga zakładu przemysłowego jest gotowa na bezprzewodową komunikację sieciową? W artykule prezentujemy odpowiedzi na to i inne pytania dotyczące technologii bezprzewodowych.
Dla tych, którzy są obeznani w sieciach przewodowych, kwestia rozwikłania więzi przewodowych dla przemysłowych aplikacji podłogowych może być tak problematyczna, jak przerobienie sieciowych połączeń wejściowo/wyjściowych bez dokumentacji. Poniżej znajdują się pewne pytania i odpowiedzi, które pomogą zrozumieć problemy związane z systemami bezprzewodowymi. Odpowiedzi udzielili:
Bob Gardner –Banner Engineering, dyrektor sektora produktów bezprzewodowych SecureCross, Jim Toepper – Moxa Americas, dyrektor produktu, grupa telekomunikacyjna, grupa sektora technologii bezprzewodowych w przemyśle, Robert Jakson – National Instruments, kierownik wyższego szczebla działu sprzedaży produktów bezprzewodowych, Paul Brooks – dyrektor rozwoju przedsiębiorstwa, sektor sieci, i Cliff Whitehead – dyrektor, sektor strategicznych aplikacji, Rockwell Automation.
Pytanie: Czy sieci bezprzewodowe są gotowe na rozkwit w aplikacjach przemysłowych?
Gardner: Tak! Drzwi mojego garażu są bezprzewodowe od przeszło 20 lat, nie wspominając o standardzie połączeń WiFi w moim laptopie. Implementacja standardów bezprzewodowych w środowisku przemysłowym fabryki wymaga niezawodnych, deterministycznych sygnałów ze znanymi warunkami wyjściowymi w przypadku pojawienia się błędów. Komunikacja bezprzewodowa dotycząca wejść/wyjść i informacji przesyłanych szeregowo jest następnym krokiem dla fabryk, które chcą optymalizować zasoby i zapewniać wykorzystanie wszystkich środków przy osiąganiu maksymalnych zdolności.
Jackson: Technologia bezprzewodowa jest gotowa na przejęcie centralnej roli, jako system dodany do funkcjonującej infrastruktury przewodowej. Taka zdolność połączenia przewodowych i bezprzewodowych pomiarów pozwoli użytkownikom końcowym zachowywać dotychczasowe inwestycje i używać technologii bezprzewodowych w aplikacjach, w których ma to sens.
Pytanie: Jakie są powszechne zastosowania dla technologii bezprzewodowych w fabrykach?
Brookes i Whitehead: Obecnie technologie bezprzewodowe rozwijają się w aplikacjach, gdzie zastosowanie sieci przewodowych stawia wysokie wymagania, czyniąc system bezprzewodowy coraz bardziej prostym i ekonomicznie efektywnym. Ze zdolnością periodycznego monitorowania sygnału i zbierania danych technologia bezprzewodowa staje się także coraz bardziej wartościowa dla pracowników mobilnych. Kiedy system bezprzewodowy może poprawić sferę ekonomiczną i sprawność operacyjną, to jednak niekoniecznie czyni rozwój tych sfer łatwiejszym.
Pytanie: Co powinien w implementacjach bezprzewodowych uwzględniać użytkownik, co oryginalne wyposażenie producenta OEM, a co integrator systemu?
Jackson: Odpowiedni protokół sieci bezprzewodowej zależy od aplikacji. Oprogramowanie działające w warstwie aplikacji pomaga systemowi wspierać różne protokoły. Pozwala to użytkownikom łączyć zalety różnych protokołów i lepiej izolować je od postępów technologicznych.
Strategia warstwowa zastosowana do wspierania sieci bezprzewodowych dostarcza najlepszej obsługi dla aplikacji zestawu płyt. Oferuje mocno zintegrowane rozwiązanie sprzętowo-programowe dla standardów przemysłowych takich jak WiFi w celu zapewnienia jedynie pozytywnych odczuć użytkownika końcowego. W tym samym czasie dostarcza wsparcia dla najnowszych standardów poprzez oddzielenie oprogramowania tak, aby użytkownik końcowy mógł zachować oprogramowanie, w które zainwestował, utrzymując zdolność do przystosowania w kwestiach takich jak zmiana protokołu.
Na przykład bezprzewodowa akwizycja danych może wykorzystywać standard WiFi dla łatwej łączności i wysokich zakresów pomiarowych. Sterowniki programowe (albo inne narzędzia, takie jak serwery OPC) mogą połączyć aplikacje w zasięgu węzłów chronionej sieci czujników bezprzewodowych (WNS – Wireless Sensor Network) pochodzących od dostawców kooperujących.
Pytanie: Co to jest trzecia warstwa w odniesieniu do transmisji bezprzewodowej?
Jackson: Obecnie stosowane i rozwijane protokoły transmisji bezprzewodowej mogą być zgrupowane w trzy obszary. Każda kategoria ma specyficzne zalety:

  • WiFi: szeroki zakres łączności PC,
  • protokół oparty na standardzie IEEE 802.15.4: niską moc,
  • standard sieci komórkowych: zasięg.

Oferując rozwiązanie, które odnosi się do wszystkich trzech obszarów ze standardowego modelu oprogramowania i wymienialnych bram, dostarcza się elastyczności wymaganej przez konsumentów przy rozmieszczaniu skalowalnych i odpornych aplikacji.

Pytanie: Co jest wymagane w celu zaimplementowania rozwiązania bezprzewodowego?
Brookes i Whitehead: Pomagając uwydatnić sukces przemysłowych instalacji bezprzewodowych, powinny one cechować się:

  • planem rozwoju infrastruktury bezprzewodowej na cały przewidywany czas życia instalacji,
  • podstawowym przeglądem środowiska częstotliwości radiowych (RF radio frequency) w najbliższych obszarach rozwoju, włączając w to wózki podnośnikowe, przemieszczanie materiału i inne warunki środowiskowe; użytkownicy powinni wykorzystywać profesjonalną wiedzę specjalistyczną tak dobrze, jak narzędzia takie jak punkty dostępowe do wykrywania urządzeń oszukujących i zaawansowane oprogramowanie modelujące do mapowania oczekiwanej siły fal radiowych i eliminowania luk zasięgu stacji radiowych,
  • plan cyklicznego wykonywania podstawowych przeglądów uaktualnień, który pomoże dopasować się do zmieniających warunków częstotliwości radiowej.

Pytanie: Wydaje się, że jest tego dużo. Nie powinno połączenie bezprzewodowe być prostsze niż przewodowe?
Gardner: Jeśli wziąć pod uwagę pracę związaną z przeprowadzeniem przewodów, technika bezprzewodowa jest właściwie łatwiejsza. Ponieważ jednak technologia bezprzewodowa jest nową technologią, z nowymi wskazówkami, sztuczkami i terminologią (taką jak węzeł i brama), krok specyfikacji produktu może być trochę bardziej skomplikowany niż inne, bardziej znajome metody sieciowe. Po pierwszym projekcie wiele znaczeń i kwestii bazujących na doświadczeniu będzie rozwiązanych.
Brooks i Whitehead: Producenci powinni zrozumieć, że technologia bezprzewodowa dopełnia raczej niż wymienia infrastrukturę przewodową.
Jackson: Technologia bezprzewodowa oferuje wiele zalet, włączając w to redukcję kosztów instalacji, łatwość i skalowalność rozmieszczenia i możliwość skierowania do nowych aplikacji, w których użycie przewodów jest zabronione.
Pytanie: Czy technologia bezprzewodowa może być typu podłącz i korzystaj (plug and play)?
Gardner: Z odpowiednią technologią bezprzewodową użytkownicy mogą prosto podłączyć się i pracować. Wiele zestawów skonfigurowanych pod kątem przemysłowym pozwala na tego typu prostą instalację.
Pytanie: Czy może pomóc dokonanie planowania i projektowania instalacji bezprzewodowej? Podłoga fabryki może się szybko zmienić.
Toepper: Przed rozmieszczeniem rozwiązań bezprzewodowych należy poznać środowisko. Planowanie i projektowanie dostępnych w Internecie narzędzi aplikacyjnych może wymagać laptopa bądź komputera do mierzenia sygnału bezprzewodowego. Większość przypadków w środowisku przemysłowym nie są to częstotliwości radiowe, które wykorzystują połączenia bezprzewodowe laptopów. Należy być pewnym, że mierzy się sygnał, używając bezpośrednio częstotliwości radiowej i anten bezprzewodowych klienta w miejscu i w czasie, kiedy to ma być używane.Ponieważ częstotliwości radiowe różnią się mocą, a anteny mają różne wzmocnienia, bardziej stosownym jest zrobić plany i projekt w taki sposób. Sprzęt z wbudowanym pomiarem sygnału prezentuje sygnał w postaci słupków.
Gardner: Niektórzy producenci mają urządzenia bezprzewodowe wyposażone w płyty z możliwością planowania i projektowania. Oczywiście środowisko fabryki i warunki zmieniają się i ważne jest, żeby niezależnie od zakupionego rodzaju sieci bezprzewodowej mieć strategię dla identyfikacji obszarów i czasów, kiedy połączenie jest słabnące. Niektóre narzędzia planowania i projektowania wykorzystują osobną warstwę komunikacyjną tak, aby były gromadzone sygnały wejściowe/wyjściowe. To pozwala sieciom bezprzewodowym osiągać założone zadania, kiedy nadzorują swoje własne połączenia komunikacji na częstotliwości radiowej.
Pytanie: Jakie są metody komunikacji bezprzewodowej?
Jackson: Standardy bezprzewodowe, takie jak WiFi czy systemy komórkowe, są szeroko adaptowane. Właściwe technologie w zakresie częstotliwości 900 MHz i 2,4 GHz także występują. W ostatnich kilku latach wyłoniły się nowe protokoły bazujące na standardzie IEEE–802.15.4 i oferują one zalety w postaci aplikacji niskiej mocy. Występują standardy protokołów takie jak ZigBee, które odnoszą się do aplikacji niskiej mocy z mniejszym zakresem informacji w stosunku do WiFi. Tego typu protokoły nie są postrzegane tak samo jak WiFi, ale oferują ciekawe zalety w wielu aplikacjach.
Artykuł pod redakcją Krzysztofa Jaroszewskiego