Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Spolehlivý bezdrátový přenos signálů

číslo 12/2004

Spolehlivý bezdrátový přenos signálů

Kabely v rušných provozech nepokládá rád žádný elektrikář. Jeho snem je „bezdrátové“ vedení. Vedle obtížnosti práce s kabely hovoří ve prospěch bezdrátového řešení i další kritéria. Jsou to pohyblivost komunikujícího zařízení, spoj nepodléhající opotřebení, nevyžadující údržbu a bez chyb při zapojování.

V minulosti se potřeby uživatelů řešily použitím běžného rádiového přenosu. Jednoduché řešení na bázi konstantních kmitočtů, v mnoha případech úředně přidělovaných, však skýtá jen teoretickou ochranu před rušením rádiovým šumem ze zdrojů v pozadí (kosmickým) nebo kmitočtově se překrývajícími rádiovými signály z umělých zdrojů. Omezená dostupnost úředně přidělovaných kmitočtů může být v některých případech příčinou i několikaletého čekání na povolení provozu. K tomu je třeba připočítat ještě náklady na pořízení a provoz jednoúčelových zařízení. Protože takový systém není při řešení jednoduchých úloh přijatelný, používají se často místo vyhrazených kmitočtových pásem veřejně přístupná rádiová pásma, označovaná jako ISM (Industrial, Scientific, Medical).

Rozhodující je spolehlivost

Nové metody rádiového přenosu nyní umožňují využívat pásma ISM i pro sledování i ovládání zařízení v průmyslovém prostředí. Velmi spolehlivého a bezpečného rádiového spojení, a to i při velmi silném rušení, se dosahuje použitím techniky rozmítaného spektra (Frequency Hopping Spread Spectrum – FHSS). Principem je opakování přenosu malých souborů dat na mnoha velmi rychle přepínaných různých kmitočtech. To dovoluje přenést úzkopásmový signál bez jeho změny.

Základem použití techniky FHSS je úzkopásmový vysílač schopný vysílat na různých, předem pevně stanovených kmitočtech (kanálech). Kanálů mohou být desítky až stovky, podle konkrétního provedení. V ideálním případě znají dobu vysílání na daném kmitočtu (mikrosekundy až milisekundy) pouze vysílač a k němu určený přijímač. Sekvence kmitočtů je vždy unikátní, takže lze tyto systémy provozovat umístěné i velmi blízko jeden druhému.

Jestliže je jednotlivý kanál rušen nebo je „obsazený„, vyhledávač poruch v přijímači příslušnou skupinu dat odmítne. Po přepnutí na další kanál přenos dat pokračuje. Rušivé signály mohou poškodit jednu skupinu dat, ale zbývající kanály přenesou data bez chyb, bez ohledu na intenzitu úzkopásmových rušivých signálů.

Pokud není rušeno celé kmitočtové pásmo, ve kterém se pracuje, je malá intenzita rádiového signálu z pohledu celkové úrovně rádiového rušení v daném místě výhodou. I při velmi silném úzkopásmovém rušení a bez ohledu na jeho proměny stačí při použití techniky FHSS i malý užitečný signál k tomu, aby byly spolehlivě přenášeny malé skupiny redundantních dat. Každá přenesená skupina dat představuje nezávislou aktualizaci přenášeného měřicího či řídicího signálu. Krátkodobá ztráta dat, případně způsobená vysokou úrovní rádiového rušení, je z pohledu funkce systému mnohem méně kritická, než je tomu u již zmíněných běžných systémů bezdrátového přenosu na pevných kmitočtech.

Interface Wireless

Pro spolehlivý a bezpečný přenos menšího počtu citlivých měřicích a řídicích signálů, a to i při velmi silném rušení, vyvinula firma Phoenix Contact systém bezdrátového přenosu s názvem Interface Wireless. Je založen na technice FHSS prezentované pod obchodním označením Trusted Wireless.

Nový systém pro jednosměrný i obousměrný bezdrátový přenos – úplné označení je Interface Wireless RAD-ISM-2400 – využívá skutečnost, že v průmyslu se od modulů I/O často požaduje bezdrátový přenos jen několika bajtů. Jedná se zpravidla o procesy, které nejsou časově kritické (doby reakce asi 100 ms): typicky při měření tlaku, průtoku, teploty či výšky hladiny anebo ovládání čerpadel, ventilů, spínačů apod. Výstražné signály např. přestavují jednobitovou informaci (je/není) a do jednoho nebo dvou bitů se často transformuje i aktuální proud procházející smyčkou 4 až 20 mA.

Obr. 1.

Systém Interface Wireless pracuje ve veřejném pásmu se jmenovitým kmitočtem 2,4 GHz. Na vysílací straně lze připojit dva dvouhodnotové signály a jeden analogový signál 4 až 20 mA, které jsou na přijímací straně k dispozici jako dva beznapěťové kontakty relé a proudové výstupy 4 až 20 mA. Pro obousměrný systém, který tvoří dva transceivery (vysílač s přijímačem – obr. 1), je zejména charakteristická jeho rozšiřitelnost. Jednoduchým připojením analogových a digitálních vstupních a výstupních modulů lze s použitím několika transceiverů snadno vytvořit bezdrátový přepínač vzdálených I/O. Programovací software není třeba, což zjednodušuje a urychluje instalaci a provoz. Činnost rádiové linky je u přístrojů řady RAD-ISM-2400 indikována třetím relé (VF linka).

V ideálním prostředí bez rušení může rádiový vysílač, který pracuje malou přenosovou rychlostí a konstantním vysílacím výkonem, mít větší dosah než stejný vysílač, který pracuje s větší rychlostí. Čím větší výkon na bit, tím snáze signál prochází stěnami, plášti cisteren a kovovými konstrukcemi. Výhodné je i to, že pravděpodobnost výskytu chyby v údaji složeném z pouhých několik málo bitů je podstatně menší než při větším množství přenášených dat.

Dosah systému Interface Wireless je mezi 50 m až 3 km, podle konkrétních podmínek. Větší kapacitu přenosu, co se týče počtu signálů, lze získat paralelním rádiovým spojením mezi dvěma body, popř. sestavením bezdrátového přepínače (z transceiverů). Zvětšit dosah systému je možné použitím transceiveru ve funkci opakovače.

Vedle kompletních sad systému Interface Wireless nabízí firma Phoenix Contact také velké množství kabelů, antén, dalších přijímačů a opakovačů, jakož i svodiče přepětí pro profesionální použití v průmyslu.

Závěr

Firma Phoenix Contact nabízí pro řešení různých úloh vyžadujících bezdrátový přenos dat v průmyslovém prostředí novou řadu produktů Interface Wireless. Přístroje jsou k dispozici v jednosměrných a obousměrných verzích. K dosažení vysokého stupně odolnosti rádiového spoje proti rušení elektromagnetickými poli využívají moderní techniku rozmítaného spektra. Osvědčily se již i v provozech typických silným elektromagnetickým rušením, jako např. ve svařovnách, v ocelárnách u konvertorů a v galvanizovnách. Spolehlivost přenosu lze dále zvětšit použitím paralelních přenosových cest. Jde o techniku výhodnou především tam, kde se uplatní redundantní přenos malých skupiny dat. Systém Interface Wireless rušení nepotlačuje, ale toleruje. Přenos dat může být pomalý, ale je stabilní a bezpečný. Tím se stává vhodným pro průmyslové účely.

(Phoenix Contact)

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

Inzerce zpět