Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Měření parametrů bezdrátové komunikace v průmyslových podmínkách

číslo 12/2005

Měření parametrů bezdrátové komunikace v průmyslových podmínkách

V současné průmyslové automatizaci se začínají prosazovat bezdrátové přenosy dat. Ty přinášejí mnoho výhod, ale v průmyslovém prostředí může jejich spolehlivost nepříznivě ovlivnit rušení, přítomnost mnoha kovových konstrukcí a odrazy v členitém prostoru dílny či továrny. Tento článek seznamuje čtenáře s výsledky měření, která se uskutečnila v prostředí válcovny oceli.

1. Úvod

Bezdrátové spojení v průmyslové automatizaci musí zajišťovat rychlý a spolehlivý přenos dat v prostředí, které se vyznačuje existencí silných elektromagnetických polí nejrůznějšího charakteru. Kapacita a rychlost komunikace musí zároveň respektovat dynamiku řízených soustav.

Obr. 1. Obr. 2.

Obr. 1. Schéma měření v hrubé válcovně
Obr. 2. Schéma měření v jemné válcovně

Jednou z často používaných metod komunikace je využití standardu IEEE 802.11b (Wi-Fi) [1], pomocí něhož lze vytvořit bezdrátovou síť WLAN pokrývající určitou oblast nebo bezdrátový dvoubodový spoj propojující např. dvě klasické sítě LAN.

V tomto případě byly měřeny parametry přenosu dat mezi dvěma přenosnými počítači vybavenými rozhraním 802.11b, které byly spojeny pouze navzájem (spojení P2P – peer to peer). Měřilo se v prostředí Třineckých železáren v jemné a hrubé válcovně. V hrubé válcovně bylo vykonáno osm měření při vzdálenosti mezi notebooky 30 až 50 m. V jemné válcovně bylo uskutečněno šest měření při vzdálenostech 30 až 100 m.

Dále byl měřen vliv elektromagnetického rušení způsobeného provozem výkonného motoru pro pohánění válcovací stolice.

Doba odezvy se měřila pomocí protokolu TCP/IP při nezatíženém stavu (bez zasílaných dat) a se zatížením (se zasíláním dat, která představovala jeden 700MB soubor). Velikost datového toku byla zkoušena přesunem velkého souboru, aby výsledek prezentoval maximální možné vytížení předpokládané linky.

Tab. 1. Měření bezdrátové sítě Wi-Fi v hrubé válcovně

Číslo měření

1

2

3

4

Vzdálenost mezi účastníky (m)

50

50

30

30

Přímá viditelnost

ne

ne

ano

ne

a) naprázdno, b) s daty

a

b

a

b

a

b

a

b

Průměrná doba odezvy (ms)

7

52

5

91

4

46

50

87

Minimální doba odezvy (ms)

2

4

2

2

2

2

2

4

Maximální doba odezvy (ms)

51

585

44

170

3

255

58

115

Datový tok DL (kB/s)

 

380,9

 

 

279,7

 

149,4

Datový tok UL (kB/s)

 

8,2

 

 

5,8

 

3,2

Číslo měření

1

2

3

Vzdálenost mezi účastníky (m)

30

100

100

přímá viditelnost

ano

ne

ano

a) naprázdno, b) s daty

a

b

a

b

a

b

Průměrná doba odezvy (ms)

3

29

8

176

9

69

Minimální doba odezvy (ms)

2

1

2

3

2

16

Maximální doba odezvy (ms)

2

86

100

763

52

208

Datový tok DL (kB/s)

 

440,8

 

4,4

 

578,3

Datový tok UL (kB/s)

 

9,3

 

0,1

 

12,1

Tab. 2. Měření bezdrátové sítě Wi-Fi v jemné válcovně

2. Měření bezdrátové sítě v hrubé válcovně

Schéma měření v hrubé válcovně je na obr. 1 a výsledky měření jsou shrnuty v tab. 1. První dvě měření v hrubé válcovně byla provedena na vzdálenost 50 m bez přímé viditelnosti mezi notebooky. Třetí měření se uskutečnilo napříč technologickým zařízením na vzdálenost přibližně 30 m s přímou viditelností. Podmínky čtvrtého měření byly stejné jako u třetího měření, ale bez přímé viditelnosti. Zde jsou výsledky znatelně horší než u předchozích měření.

3. Měření bezdrátové sítě v jemné válcovně

V jemné válcovně bylo vykonáno šest měření, jejichž výsledky jsou v tab. 2. Schéma měření je na obr. 2.

Obr. 3.
Obr. 4.

Obr. 3. Měření v jemné válcovně, přenos s daty, (měření č. 1)
Obr. 4. Měření v jemné válcovně, přenos s daty, nahoře účastníci bez přímé viditelnosti (měření č. 2), dole s přímou viditelností (měření č. 3)

První měření je za přímé viditelnosti a je zřejmé, že výsledky jsou velmi dobré. Doba odezvy je poměrně stabilní (tj. s malou variací) a to je pro přenos dat velice dobré. U měření číslo 2 jsou výsledky špatné. Šlo o měření komunikace bez přímé viditelnosti. Minimální doba odezvy je sice stále malá, ale je zde velké množství ztrát paketů a malá rychlost přenosu (obr. 3 nahoře). Měření číslo 3 bylo uskutečněno na stejnou vzdálenost a za stejných podmínek jako měření 2, ale s přímou viditelností účastníků komunikace. Kvalita přenosu se zlepšila, ale ztrátovost paketů je stále dost velká (obr. 3 dole).

4. Měření vlivu výkonového elektromotoru na kvalitu přenosu

Toto měření bylo uskutečněno v blízkosti pracujícího elektromotoru pohánějícího válcovací stolici. Vzdálenost mezi účastníky komunikace byla 30 m a nebyla mezi nimi přímá viditelnost. Výsledky, shrnuté v tab. 3, jsou vzhledem k podmínkám měření poměrně dobré.

Číslo měření

1

Vzdálenost mezi účastníky (m)

30

Přímá viditelnost

ne

a) naprázdno, b) s daty

a

b

Průměrná doba odezvy (ms)

5

51

Minimální doba odezvy (ms)

2

13

Maximální doba odezvy (ms)

21

86

Datový tok DL (kB/s)

 

337,3

Datový tok UL (kB/s)

 

7,1

Tab. 3. Měření vlivu výkonového elektromotoru na kvalitu přenosu

5. Závěr

Jednotlivá měření naznačují, že přenos dat pomocí bezdrátové sítě podle standardu 802.11b je pro určité druhy úloh vhodný. To je jasný závěr. Jestliže se však má tato síť použít pro rychlé procesy, je nutné předem podrobně analyzovat místo komunikace a pro komunikaci použít dostatečně výkonné komunikační prostředky. Podle výsledků měření je pro spolehlivou komunikaci třeba za prvé přímá viditelnost a za druhé dostatečně silný signál. Při splnění těchto dvou požadavků lze dojít k uspokojivým výsledkům.

Podle mých předpokladů měl být v průmyslovém prostředí velmi silně rušen signál, ale i přes skutečně velkou snahu signál zarušit se toto nepotvrdilo. V hrubé válcovně byly výsledky velmi uspokojivé a při silnějším signálu by byly ještě lepší. Testy v jemné válcovně v podstatě ověřily obecně známou věc, že síť 802.11b na větší vzdálenost vyžaduje přímou viditelnost. Signál při tomto měření přecházel přes patnáct výkonných motorů.

Literatura:
[1] BRADÁČ, Z. – FIEDLER, P. – KAČMÁŘ, M.: Bezdrátové komunikace v automatizační praxi III: standard IEEE 802.11. Část 1. Automa, 2003, roč. 9, č. 10, s. 53–55. Část 2. Automa, 2003, roč. 9, č. 12, s. 46–48.

Ing. Aleš Galuška, Autel, a. s.
(ales.galuska.fs@vsb.cz)