Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Společnost Banner představila vysoce výkonné systémy DX70 a DX80 SureCross Wireless Network. Tyto systémy jsou cenově výhodným a spolehlivým řešením pro bezdrátový přenos signálů z těžko dostupných míst (např. při měření hladiny v zásobních tancích, viz obr. 1) a vedou ke snižování nákladů při instalaci technologických zařízení. Pro zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti využívají systémy DX70 a DX80 ke své komunikaci metodu FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), která díky pseudonáhodnému přelaďování v pásmu 2,4 až 2,483 5 GHz (nelicencované pásmo ISM) zaručuje velkou odolnost proti interferencím a také velkou bezpečnost proti odposlechům a úmyslným zásahům zvnějšku.
Bezdrátový systém DX70 – topologie bod-bod
Systém DX70 je určen pro topologii bod-bod (point-to-point). Skládá se z komunikační brány (gateway), která je umístěna u řídicího počítače, a komunikačního uzlu (node), který se nachází v provozu poblíž snímače nebo akčního členu, s nímž má řídicí počítač komunikovat. Systém DX70 umožňuje připojit dva základní typy signálů:
Signály je možné přenášet obousměrně, od komunikační brány k uzlu i naopak.
Pro zaručenou komunikaci mezi bránou a komunikačním uzlem se při inicializaci musí obě zařízení nejprve spárovat (tzv. binding procedure). Při tom se sériové výrobní číslo z komunikačního uzlu uloží do komunikační brány. Spárování se musí opakovat i při případné výměně komunikačního uzlu. Po spárování se ještě nastavuje dvěma otočnými přepínači, jež jsou umístěny na přední straně přístrojů, identifikační adresa NID (Network ID). Identifikační adresy mají hodnotu 01 až 32; díky tomu může v jednom provozu pracovat současně až 32 párů gatewaynode bez vzájemného rušení. Vzdálenost, na kterou lze přenášet signály, činí ve volném prostoru s přímou viditelností 3,2 km. V provozu je dosah závislý na množství překážek a rušení, ale např. v hale válcovny zatepla je dosah signálu po celém jejím prostoru, a to i tehdy, není-li mezi bránou a komunikačním uzlem přímá viditelnost. Pro zlepšení kvality signálu je možné instalovat externí anténu.
Systém má funkci site survey, která vyhodnocuje a indikuje kvalitu signálu. Kvalitu signálu ukazuje dioda LED, frekvence jejího blikání se mění od osmi bliknutí za sekundu při ztrátě méně než 3 % paketů až po jedno za sekundu při ztrátě více než 50 % paketů. Vyhodnocení kvality signálu je velmi užitečná funkce při prvotním výběru a instalaci zařízení. Dojde-li k přerušení napájecího napětí jednoho z účastníků (gateway či node) anebo ke ztrátě signálu, systém DX70 vždy vyšle alarmový signál o této situaci a zároveň všechny akční členy, které jsou na systém připojeny,přepne do předem definovaných stavů, nastavených přepínači uvnitř DX70.
Důležitým parametrem komunikačníchsystémů je také přenosová rychlost. Ta je závislá na kvalitě signálu. Uvažujeme-li nejlepší kvalitu signálu a nejhorší, kdy ještě komunikace funguje a systém neindikuje ztrátu spojení, jsouhodnoty vzorkovací periody 62,5 ms a 125 ms. Lze tedy konstatovat, že systém bude vždy pracovat se vzorkovací periodou nejvíce 125 ms.
Bezdrátový systém DX80 – pro složitější topologie
Doposud byly zmiňovány systémy s topologií typu point-to-point. Ovšem v mnoha případech tato topologie nevyhovuje, neboť systém nelze rozšířit o další uzly. Možnost rozšíření nabízí systém DX80. Jeho základní prvky, node i gateway, jsou na obr. 2.
Systém DX80 může přenášet tyto signály:
-
binární signály NPN, PNP, informaci o sepnutí nebo rozepnutí pasivního reléového kontaktu a pulzní dvoustavový signál,
-
analogové signály 0 až 20 mA, 4 až 20 mA, 0 až 10 V a signály z termočlánkových a odporových (Pt100) snímačů teploty.
Komunikační brána (gateway) disponuje několika druhy rozhraní:
-
sériové RS-485 – Modbus RTU (všechny typy),
-
Modbus/TCP (verze DX80 Gateway Pro),
-
EtherNet/IP (verze DX80 Gateway Pro).
Topologii systému DX80 lze přizpůsobit požadavkům uživatele. V nejjednodušším případě lze komunikační bránu zapojit, podobně jako u systému DX70, sériovým kabelem přímo k řídicímu počítači.
Pro rozšíření počtu připojených I/O lze využít jednotky DX85 (v jedné síti Modbus RTU jich může být několik), a tím realizovat topologii point to multipoint. K dispozici jsou varianty DX85 s různými počty binárních i analogových vstupů a výstupů, a je tedy možné navrhnout konfiguraci přesně „na míru“ dané úloze. DX80 Gateway je vždy řídicí jednotkou (master) bezdrátové komunikace, ale v kabelové síti Modbus RTU může být buď, stejně jako jednotky DX85, řízenou jednotkou (slave), nebo řídicí jednotkou (master). V druhém případě pracuje systém samostatně, bez řídicího počítače.
Komunikační možnosti dále rozšiřuje modul DX83, který v síti plní funkci komunikačního mostu (bridge) do sítě Ethernet a současně může pracovat jako master pro komunikaci Modbus RTU. Obdobně jako DX83 lze využít komunikační bránu v její verzi DX80 Gateway Pro, která má rozhraní pro průmyslové ethernetové sítě Modbus/TCP nebo EtherNet/IP. Příklad topologie s jednotkou DX83 je na obr. 3.
Co se týče bezdrátového přenosu, měla by být možnost napájet bezdrátově připojené účastníky a senzory pouze z baterií, a to s životností alespoň několik let. Společnost Banner pro tento účel vyvinula komunikační uzel s názvem FlexPower Node. Tyto moduly se napájejí z interní či externí baterie nebo solárního panelu (obr. 4). Solární panel obsahuje nabíjecí akumulátor pro překlenutí doby, kdy není dostatečně osvětlen.
U bateriového napájení je nejdůležitější určení životnosti baterie. Životnost baterie ovlivňuje zejména to, jak často uživatel požaduje aktualizaci měřené hodnoty: čím častěji se měřená hodnota aktualizuje, tím je životnost baterie kratší.
Pro zjednodušení instalace, zvláště u složitých aplikací, vyvinula společnost Banner speciální jednoúčelové moduly pro měření rychlých pulzů s frekvencí až 25 kHz a měření hodnot veličin, jako jsou teplota a vlhkost. Snímače teploty a vlhkosti se připojují přímo k modulu vlastní sériovou komunikací.
Příklad použití bezdrátového systému s RFID
To nejdůležitější ve všech projektech automatizace je jednoduchost, spolehlivost a možnost vzájemně propojit různé druhy automatizační techniky. Velmi zajímavým příkladem je spojení bezdrátového systému DX80 a identifikační techniky RFID od společnosti Turck pro sledování polohy kolejových vozidel na jednokolejné trati ve výrobním závodě, kde se pohybuje několik souprav současně. Poloha vozidel se snímá pomocí RFID a informace v podobě kódu BCD je přenášena prostřednictvím systému DX80 do informačního systému, kde je přístupná všem oprávněným uživatelům.
Eva Zámečníková,
Obr. 1. Příklad použití bezdrátových přenosů signálů: měření polohy hladiny v zásobních tancích
Obr. 2. Komunikační brána DX80 Gateway a komunikační uzel DX80 Node
Obr. 3. Příklad topologie systému DX80 (komunikaci na síti Modbus RTU řídí jednotka DX83; její ethernetové rozhraní se využívá pro konfigurování a programování systému, trvalé připojení k řídicímu počítači není třeba)
Obr. 4. Napájení s využitím solárního panelu