Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Rádiová komunikace v průmyslovém prostředí

číslo 12/2005

Rádiová komunikace v průmyslovém prostředí

Společnost Phoenix Contact je mimo jiné známa jako dodavatel velkého množství různých výrobků pro komunikaci v průmyslové automatizaci, ať jsou to svorky, konektory, převodníky signálů nebo přepěťové ochrany atd.

V současné době do oblasti průmyslové automatizace stále více pronikají bezdrátové komunikace, vyznačující se velkou flexibilitou, mobilitou připojených zařízení i relativně nízkými náklady na instalaci, zvláště při rekonstrukci v již existujících provozech, kde bývá montáž nových kabelových rozvodů často velmi obtížná. Není proto divu, že i společnost Phoenix Contact přišla na trh s nabídkou zařízení pro bezdrátové přenosy dat a signálů. Tento článek představí některé z nich.

Sítě WLAN pro servis a dálkový dohled

Je vám blízká myšlenka, že by montážní nebo servisní pracovník mohl přenášet programy a data ze svého notebooku do řídicího systému bez nutnosti připojovat se k němu kabelem? Nebo že by mohl operátor sledovat důležité údaje o chodu zařízení prostřednictvím PDA, které může nosit s sebou, přestože právě není přítomen v dispečinku, ale je např. na inspekční pochůzce v provozu? Pro takové případy je vhodná síť podle normy IEEE 802.11, označovaná jako WLAN (Wireless LAN).

Obr. 1.

Obr. 1. Přístupový bod WLAN Access Point v průmyslovém provedení

Notebooky nebo PDA již mívají vestavěný modul pro komunikaci prostřednictvím WLAN, ovšem automatizační prostředky obvykle nikoliv. Jak je do sítě WLAN začlenit? Má-li zařízení ethernetový port, stačí k němu připojit zařízení zvané přístupový bod WLAN – WLAN Access Point.

Phoenix Contact dodává zařízení WLAN Access Point určené do průmyslového prostředí (obr. 1) s krytím IP65 a robustním kovovým pouzdrem. Zařízení je certifikováno pro Profinet a odpovídá standardům IEEE 802.11b a 802.11g pro přenosovu kapacitu do 54 Mb/s na frekvencích 2,4 a 5 GHz. Pomocí tohoto zařízení je možné realizovat i bezdrátovou páteřní síť. Velká bezpečnost přenosu dat je zaručena použitím WPA (Wi-Fi Protected Access) a šifrováním AES podle NIST.

WLAN Acess Point umožňuje zařízení začlenit do ethernetové sítě a tak např. realizovat dálkový dohled na zařízení prostřednictvím webového rozhraní, nastavovat jeho parametry nebo aktualizovat software v zařízení prostřednictvím protokolů HTTP, FTP nebo TFTP.

Obr. 2.

Obr. 2. Bluetooth Acess Point

Speciálně pro průmyslové prostředí, kde se často vyskytuje elektromagnetické rušení a dochází k četným odrazům a interferencím, jsou k dispozici diagnostické nástroje analyzující kvalitu signálu a umožňující optimální instalaci antény.

Bluetooth pro lokální přenosy dat

Pro případ, že je třeba poměrně často bezdrátově přenášet malé objemy dat na malé vzdálenosti, není síť WLAN nejlepším řešením. Lépe je využít standard Bluetooth. Bluetooth pracuje na frekvenci 2,4 GHz. Je to standard zvláště vhodný pro náhradu metalických kabelů při komunikaci bod-bod, ale s výhodou lze využít i možnost tvořit komunikační sítě s ad-hoc topologií s celkem až osmi účastníky.

Bluetooth využívá metodu rozprostřeného spektra s frekvenčními přeskoky FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum; tato metoda je implementována i v IEEE 802.11b a 802.11g). Metoda FHSS, původně vyvinutá pro vojenské účely, je zvláště odolná proti odposlechu. Její princip spočívá v tom, že se nosná frekvence přepíná podle proměnného algoritmu, známého všem účastníkům komunikace, v intervalu 0,625 ms mezi 79 kanály s odstupem 1 MHz. Předností FHSS, kterou zvláště ocení uživatelé v průmyslovém prostředí, je kromě zmíněné bezpečnosti proti odposlechům, i náhodným přeslechům, také velká odolnost proti rušení: přelaďováním mezi kanály je jeho vliv částečně eliminován.

Obr. 3.

Obr. 3. Konvertor PSI-WL pro Bluetooth

Pro zvýšení bezpečnosti je možné jednotlivým zařízením přidělit adresy. Bez znalosti 48bitové adresy potom nelze se zařízením komunikovat. Je také možné použít šifrování.

Přístupový bod Bluetooth
Firma Phoenix Contact má v sortimentu přístupový bod Bluetooth Access Point (obr. 2) s podobnou funkcí jako WLAN Access Point, popsaný v předchozí kapitole. Přenosová rychlost je do 300 kb/s a dosah do 150 m. Tento modul je tak cenově výhodnou variantou bezdrátové sítě pro menší požadavky na kapacitu komunikace a menší dosah.

Konvertor RS-232/422/485 na Bluetooth
Pro převod dat z rozhraní RS-232, RS-422 nebo RS-485 do bezdrátové sítě Bluetooth nabízí Phoenix Contact konvertor PSI-WL (obr. 3), který umožňuje komunikaci mezi pevnými i mobilními účastníky, ať jde o přenos provozních dat, programování nebo diagnostiku inteligentních zařízení. Přenosová rychlost je volitelná do 187,5 kb/s při vzdálenosti do 150 m (s použitím směrové antény i více). Konvertor se upevňuje na lištu DIN do rozváděče, externí anténu, spojenou s konvertorem kabelem, lze umístit na vhodné místo vně rozváděčové skříně. K dispozici jsou diagnostické nástroje pro měření kvality signálu. Systém navíc pozná, který kanál z vyhrazeného pásma už je obsazen, např. souběžně operující sítí WLAN, a algoritmus FHSS se mu vyhne. Tato vlastnost, společně s možností omezit vysílací výkon na nezbytné minimum, je označována jako „WLAN friendly„.

I/O modul pro přenos analogových a digitálních signálů se standardem Bluetooth
Pro bezdrátový obousměrný přenos až šestnácti digitálních a dvou analogových signálů mezi dvěma místy vzdálenými (podle podmínek) až 400 m je možné použít I/O modul ILB BT ADIO MUX (obr. 4). Nahradí se tím montáž až čtyřicetižilového signálového kabelu. Také modul ILB BT ADIO MUX využívá pro přenos signálů standard Bluetooth. Použití modulu ILB BT ADIO MUX je výhodné zvláště tam, kde je montáž kabelu technicky nemožná, obtížná nebo nákladná. Klasickým případem je náhrada flexibilních kabelů ve vlečných řetězech u pohyblivých zařízení nebo sběrných kroužků u rotujících součástí.

Obr. 4.

Obr. 4. Modul ILB BT ADIO MUX OMNI pro síť Bluetooth

Algoritmus činnosti ILB BT ADIO MUX je jednoduchý: signál, který se přivede na vstupní svorku prvního z páru modulů, se nejpozději za 10 ms objeví na odpovídající výstupní svorce druhého modulu. Výhodou tohoto zařízení je jeho jednoduchá obsluha: stačí „vybalit, připojit, zapnout a používat„ – není třeba žádné programování, nastavování ani konfigurace. Vodiče se k modulu připojují jednoduše a přehledně pomocí známých svorek řady Inline. Obě komunikující zařízení se identifikují svojí jedinečnou adresou a pro jiná zařízení Bluetooth nejsou přístupná. Data jsou šifrována 128bitovým kódováním.

Dobře viditelné LED na modulu informují obsluhu o stavu jednotlivých signálů, přetížení nebo zkratu na výstupu. Dále jsou na modulu čtyři LED, které informují o kvalitě rádiového signálu a upozorňují obsluhu, hrozí-li ztráta spojení.

Bezdrátový přenos digitálních a analogových signálů na velké vzdálenosti

Pro případy, kdy je nutné signály přenášet na větší vzdálenosti, než umožňuje Bluetooth, je možné použít modul RAD-ISM-2400-SET-BD-BUS-ANT (obr. 5) z řady Interface Wireless. Nosná frekvence rádiového signálu tohoto modulu je 2,4032,4799 GHz a vysílací výkon 10 mW. I zde se využívá rozmítání spektra, na rozdíl od Bluetooth do devíti skupin po 63 kanálech, a metoda frekvenčních přeskoků – FHSS.

Přenos signálů je obousměrný, ale k dispozici je i varianta pouze s jednosměrným přenosem. Na straně vstupů lze připojit proudový analogový signál 4 až 20 mA a dva digitální signály 5 až 30 V. Na výstupu je opět analogový signál 4 až 20 mA a tři reléové výstupy: dva odpovídají dvěma digitálním vstupům a třetí výstup signalizuje kvalitu linky.

Obr. 5.

Obr. 5. Modul RAD-ISM-2400-SET-BD-BUS-ANT pro přenos analogových a digitálníchsignálů

Velkou výhodou tohoto systému je jeho rozšiřitelnost doplňkovými moduly až na 33 analogových nebo 66 digitálních signálů, přenášených pomocí jediného rádiového modulu. Signály je možné přenášet i na několik přijímačů (point-to-multipoint) a systém tak využít jako rozbočovač. Dosah je podle použité antény a provozních podmínek až 3 km a lze jej zvětšit vložením modulů ve funkci opakovačů. Takto vytvořený komunikační systém, nazývaný Trusted Wireless, je vhodný pro přenos analogových signálů i na velké vzdálenosti, jestliže uživateli příliš nezáleží na rychlosti přenosu, ale spíše na spolehlivosti a odolnosti signálu proti rušení. Typickou aplikací jsou přenosy signálů ze snímačů tlaku, teploty nebo polohy hladiny umístěných v obtížně přístupných místech, např. v chemickém průmyslu, petrochemii, papírenském průmyslu, čistírnách odpadních vod apod.

Přednosti bezdrátové techniky od společnosti Phoenix Contact

Všechny bezdrátové komunikační prostředky od společnosti Phoenix Contact mají tři společné vlastnosti: jednoduchost, spolehlivost a bezpečnost. Jednoduché je uvedení do provozu, konfigurace, vlastní provoz i údržba. Spolehlivost je dána nejen kvalitou návrhu a výroby všech výrobků, ale také diagnostickými nástroji, jež jsou k dispozici a které pomáhají najít zdroje případných poruch, např. elektromagnetického rušení. Bezpečnost je zajištěna používáním kódovacích algoritmů a podporou nejnovějších bezpečnostních metod.

Zařízení lze provozovat bez nutnosti žádat o povolení telekomunikační úřad, a to jak v ČR, tak ve většině zemí světa. Některé výrobky mají zvlášť variantu pro EU a pro severoamerický trh.

Další informace o sortimentu zařízení pro bezdrátový přenos dat a signálů lze získat na adrese uvedené za článkem.

(Bk)

Phoenix Contact, s. r. o.
Technická 15
616 00 Brno
tel.: 542 213 401
fax: 542 213 701
http://www.phoenixcontact.cz