Беспроводная сеть АСУ

Phoenix Contact

 Bluetooth I/O (IEEE 802.15.1). Основная область применения технологии Bluetooth – интеграция компонентов систем автоматизации в локальные сети на базе полевой шины или в сети промышленного Ethernet. Благодаря поддержке различных пользовательских профилей стандарт беспроводной связи может применяться для решения широкого круга задач. Отличительные особенности:

• Очень надежный способ передачи данных в производственных помещениях с металлическими объектами.
• Возможность локальной параллельной работы нескольких сетей Bluetooth.
• Автоматические механизмы сосуществования обеспечивают помехоустойчивую параллельную работу WLAN 802.11b/g.
• Объединение радиосетью до семи оконечных устройств.
• Пропускная способность до 1 Мбит/с.
• Дальность передачи, как правило, более 100 м в производственных помещениях и более 200 м в условиях открытой местности.
• Оптимально подходит для быстрой циклической передачи небольших пакетов данных.
• Прозрачная передача данных по сети Ethernet на уровне Layer-2, например, в системах PROFINET IO.
• Высокая защищенность данных благодаря кодированию данных с 128-битным ключом и аутентификации оконечных устройств Trusted Wireless.

 Bluetooth I/O – эффективная технология в исполнении Phoenix Contact для автоматизации промышленных цехов (например, текстильная, химическая промышленности) без создания проекта АСУ ТП в привязке к строительным конструкциям. Создание проекта и развертывание системы можно осуществить весьма быстро и не будет дополнительных требований к прокладке кабелей и установке оборудования.

 Phoenix Contact Factory Line Bluetooth для беспроводной передачи управляющих сигналов Среди способов надежной беспроводной передачи данных передачи стоит отметить: Trusted Wireless – технология промышленной радиосвязи для передачи некритичных к задержкам сигналов процесса на большие расстояния – до нескольких километров.

 Phoenix Contact Radioline на основе технологии Trusted

Wireless Wireless MUX – простое решение для передачи цифровых и аналоговых процессных и управляющих сигналов – просто и надежно без кабеля, от одной точки к другой. Уверенная и надежная передача на расстояния до нескольких сотен метров.

  Система многоканальной беспроводной связи Phoenix Contact Wireless-MUX

Wireless I/O –технология для беспроводной передачи критичных к задержкам процессных и управляющих сигналов в сетях автоматических систем управления. Характеризуется высоким быстродействием, надежностью, простым и удобным обслуживанием.

   Высокопроизводительные сети представлены технологией WLAN (IEEE 802.11). На базе WLAN возможна реализация сетей, объединяющих множество оконечных устройств. Поскольку системы WLAN допускают простую интеграцию в информационные сети, то прекрасно подходят для мобильного управления, контроля и регистрации данных. Кроме того, возможно создание быстрого канала связи между управляющими устройствами и передача входных и выходных данных в режиме реального времени в системах PROFINET I/O. Другие особенности:

• Возможность создания больших сетей, объединяющих несколько сотен оконечных устройств
• Высокая пропускная способность до 300 Мбит/с.
• Благодаря функции автоматического роуминга возможно создание сетей с большой зоной покрытия, обеспечивающих высокую мобильность.
• Дальность передачи, как правило, до 100 м в производственных помещениях и более 200 м в условиях открытой местности. В отдельных случаях, дальность передачи может составлять более 1 км.

 Основные типы оборудования Phoenix Contact, поддерживающие перечисленные технологии:

  Wireless Ethernet – применяются для беспроводного подключения к сети Ethernet компонентов системы автоматизации. Передача данных на уровне Layer-2 производится в прозрачном в отношении протоколов режиме. Поддерживаются протоколы промышленного Ethernet, такие как PROFINET, Modbus/TCP и EtherNet/IP.    Factory Line Bluetooth – надежные коммуникационные компоненты для небольших локальных беспроводных сетей, работающих параллельно.

 Factory Line WLAN – компоненты, обеспечивающие высокоскоростной беспроводной доступ к сети Ethernet с большой зоной покрытия.

  Factory Line Wireless Serial – устройства с последовательным интерфейсом, интегрируемые в сеть Ethernet с помощью компонентов Factory Line Bluetooth или Factory Line WLAN.

Moxa

 Компания Moxa разработала и производит большое количество решений для подключения различных промышленных устройств с интерфейсами на основе беспроводных технологий – IEEE 802.11 (WLAN) и GSM/GPRS/UMTS/HSDPA. 

RISC-компьютеры с беспроводными интерфейсами

  Встраиваемые компьютеры Moxa ThinkCore основаны на RISC-платформе и предназначены для создания пользовательских приложений для промышленной автоматизации. Они имеют программно выбираемый RS-232/422/485 последовательный порт, 802.11a/b/g интерфейс для WLAN-связи, SD слот, 2 USB и 1 Ethernet-порт. Moxa ART, 32-битный процессор ARM9, и встроенная ОС Linux обеспечивают мощную и надежную платформу для промышленных сред с жесткими условиями, а также являются являются удачным решением для промышленных приложений M2M: обмен данными, преобразование протоколов и дистанционное управление устройствами и их проверка. Поставляются такие модели: Moxa ThinkCore W311 (RISC-базирующийся встраиваемый компьютер с WLAN, 1 последовательным портом, LAN, ОС Linux); Moxa ThinkCore W321 (RISC-компьютер с WLAN, 2 последовательными портами, LAN, SD и ОС Linux). Moxa ThinkCore W341 (RISC-компьютер с WLAN, 4 последовательными портами, LAN, SD, USB, релейными выходами, ОС Linux).

RISC-компьютеры с многофункциональными беспроводными интерфейсами

  Компьютеры серии Moxa ThinkCore W311 UC-8481 имеют 2 RS-232/422/485 последовательных порта, 2 Ethernet-порта, 4 цифровых входа и выхода, CompactFlash сокет и 2 порта USB 2.0. Moxa ThinkCore W311 UC-8481 базируются на Intel XScale IXP435 533 MHz RISC-процессоре. Компьютер имеет большие вычислительные и коммуникационные возможности при очень малом тепловыделении.

  Moxa ThinkCore W311 UC-8481 имеет семь разъемов, что позволяет пользователям подключать различные беспроводные модули и GPS – это очень важно, например, для применения на железной дороге и вообще, на движущихся транспортных средствах. Moxa предлагает также модель с расширенным диапазоном рабочих температур, от -25°C до 70 °C – для промышленных сред с жесткими условиями.

Встраиваемый компьютер Moxa ThinkCore W311 UC-8481

Беспроводные контроллеры доступа

   Индустриальные контроллеры беспроводного доступа WAC-1001 снабжены технологией Moxa Turbo Roaming, которая резко сокращает время роуминга для беспроводных устройств – до 50 мс. Эта передовая функция обеспечивает высокую скорость переключения и «бесшовное» соединение, без обрывов связи и нарушения безопасности беспроводных коммуникаций даже в чрезвычайно сложных условиях. Также устройства характеризуются поддержкой IEEE802.11i (беспроводная безопасность) и широким диапазоном рабочих температур: -40°C до 75°C.

Беспроводные точки доступа (AP/Bridge/AP Client)

  Moxa предлагает большое количество подобных устройств. Характерным примером является Moxa AWK-4131 – промышленная точка беспроводного доступа 3-в-1 (Access Point/Bridge/Client), которая позволяет обеспечить пользователям высокоскоростной, эффективный беспроводный доступ к сетевым ресурсам по технологии IEEE 802.11n с сетевой скоростью до 300 Mbps. Moxa AWK-4131 использует два соседних 20 МГц канала, объединяя их в один 40 МГц – для обеспечения большей надежности и высокой пропускной способности. Рабочий диапазон температур устройства составляет от -40°C до 75°C.

   Moxa AWK-4131 имеет дублированный вход по питанию для повышения надежности оборудования, а также может получать питание по Ethernet (PoE). Высокочастотные модули Moxa AWK-4131 обеспечивают работу в двух диапазонах частот 2.4 и 5 GHz. Moxa AWK-4131 имеют обратную совместимость со стандартами IEEE 802.11a/b/g, что позволяет просто интегрировать их в уже существующую инфраструктуру. Корпус с защитой класса IP68 и специальные M12 соединители предохраняют устройство от критических условий окружающей среды (пыль, влага).

Беспроводные устройства доступа IEEE 802.11 (WLAN)

 Типовым представителем этой группы оборудования является новая серия устройств MiiNePort W1 (Network Enabler) – модулей-серверов доступа Serial-Ethernet с поддержкой беспроводных сетей IEEE 802.11 b/g. Они обеспечивают очень простое подключение устройств с последовательным интерфейсом в беспроводные сети.

   Moxa MiiNePort W1 обеспечивает скорость до 921.6 Kbps по последовательному порту и поддерживает большое число различных операционных модов: RealCOM, TCP Server, TCP Client, UDP, RFC2217, а так же Infrastructure Mode (b/g) и Ad-Hoc Mode (b/g) для беспроводных сетей IEEE 802.11 b/g. Качественная драйверная поддержка Moxa MiiNePort W1 обеспечивает простоту внедрения модулей в уже существующие решения. Moxa MiiNePort W1 имеет очень компактный размер: 44.4 x 44.4 x 9.7 мм, а также экстремально низкое потребление (360 mA для 3.3 VDC, 290 mA для 5 VDC), что позволяет легко интегрировать его в различные устройства с последовательным интерфейсом для подключения их к беспроводным сетям.

  Устройство доступа Serial-Ethernet Moxa MiiNePort W1 WLAN-антенны Moxa предлагает широкий выбор антенн в различных диапазонах частот (2,4; 5 ГГц) и диаграмм направленности, от круговых до направленных. Диапазоны усиления: от 5 до 18 dBi. Беспроводное оборудование от Moxa широко используется при создании автоматизированных систем технического учета, распределенных систем мониторинга и измерения технологических параметров в пищевой, бумажной, химической промышленностях, машиностроении и т.д. Устройства Moxa хорошо проявляют себя в построении разветвленных, локально распределенных информационно-измерительных и диспетчерских систем, что является одним из их ключевых преимуществ.

Omron

О семействе WD30

 Беспроводные устройства DeviceNet компании Omron позволяют устанавливать связь с любыми совместимыми с DeviceNet устройствами посредством полностью беспроводной промышленной шины. WD30 – это не просто устройство 1:1, расширяющее сеть. Одно беспроводное вeдyщeе устройство WD30 от Omron может обращаться к нескольким вeдомым устройствам. В одной сети DeviceNet могут находиться несколько главных беспроводных устройств, образующих сложные гибкие конфигурации в одной системе.

Используемая технология

 Беспроводные устройства DeviceNet объединяют в себе две новейшие технологии беспроводной связи: расширенный спектр и разнесенные антенны. Беспроводная связь основана на технологии DSSS (Расширенный спектр прямой последовательности) с разделением на 34 отдельных канала в диапазоне 2,4 ГГц. Эта частота во всем мире выделена для использования в промышленности, науке и медицине (ISM). Использование технологии расширенного спектра уменьшает влияние помех, обеспечивая прохождение сообщения с первого раза. Во всех приемопередатчиках DeviceNet используется система спаренных антенн. Она измеряет выходной сигнал устройства, вычисляя разницу между сигналом и его отражениями. Приемопередатчик автоматически выбирает антенну с наилучшим качеством сигнала для уменьшения помех. Беспроводные устройства DeviceNet компании Omron были первыми серийными беспроводными устройствами, объединяющими эти технологии.

Широкий спектр применений

 Из-за характеристик кабелей, требования к топологии кабелей DeviceNet обычно ограничивают длину промежуточных звеньев сети шестью метрами. Однако в некоторых системах требуется заметно большая длина кабелей. Теперь беспроводная сеть DeviceNet компании Omron позволяет передавать данные в узлы DeviceNet на расстояние до 60 метров от магистральной линии. Низкая выходная мощность (10 мВт) минимизирует радиочастотные помехи в других устройствах. Высокая рабочая частота снижает возможность появления электрического шума в заводском цехе из-за интерференции с сигналами беспроводных устройств DeviceNet. В беспроводных устройствах DeviceNet дополнительно реализована встроенная функция защиты, не позволяющая другим пользователям изменять параметры без знания кодов. Процедура настройки представляет собой установку определенной комбинации положений переключателей, которую трудно повторить. Изменение положений переключателей не изменяет конфигурацию устройства. Вeдyщие и вeдомые устройства WD30 снабжены стандартным миниатюрным разъемом DeviceNet, что расширяет возможности применения DeviceNet в производственных помещениях. К таким применениям относятся: транспортировка материалов, конвейерные системы, линии сборки, робокары и движущееся оборудование, где использование проводов нецелесообразно. Для беспроводных устройств DeviceNet требуется другой набор навыков, несколько больший объем знаний и более интенсивное обучение. Среди преимуществ беспроводных решений этого производителя отметим многолетнюю надежную эксплуатацию радиомодемов (сети DeviceNet) в промышленных цехах, насыщенных разнообразным помехогенерирующим оборудованием, таим как регуляторы на основе отсечки напряжения и тока, частотные преобразователи и т.д.

Беспроводные устройства Omron DeviceNet WD30-01

Siemens

 Возможности беспроводных сетей реализованы в промышленных системах связи (IMC – Industrial Mobile Communication), построенных на соответствующих компонентах SIMATIC NET, которые базируются на общепризнанных мировых стандартах – IEEE 802.11, GSM, GPRS и UMTS.

 IMC охватывает программные и аппаратные компоненты SI­MATIC NET, обеспечивающие возможность обмена данными через беспроводные каналы связи сетей Industrial Ethernet и PROFIBUS. Компоненты SIMATIC NET могут быть использованы для построения системы связи всей компании — от подключе­ния к сети простейшего устройства до организации интенсивного обмена данными между сложными системами. Точки доступа IWLAN (Industrial Wireless Local Area Network) се­мейства SIMATIC NET способны поддерживать обмен со все­ми мобильными устройствами, отвечающими требованиям стандартов IEEE 802.11 a, b, g, h.

Семейство SCALANCE W

  Семейство SCALANCE W объединяет в своем составе целый ряд коммуникационных модулей, предназначенных для по­строения высоконадежных IWLAN с детерминированным временем передачи данных и поддержкой резервированных каналов связи.

  Такие беспроводные сети позволяют переда­вать через свои каналы как критичные к времени передачи со­общения (например, IWLAN с передачей аварийных сообще­ний), так и обычные сообщения (например, WLAN с переда­чей сервисных и диагностических сообщений). В целом, по­добные сети по своим функциональным возможностям пере­крывают требования стандарта IEEE 802.11.

  Модули SCALANCE W выпускаются в прочных металличе­ских корпусах со степенью защиты IP65, обеспечивающих надежную защиту от влаги и пыли и возможность использова­ния модулей в условиях вибрации и тряски.

  Все модули серии SCALANCE W поддерживают стандартные механизмы идентификации пользователей, обеспечивающие защиту IWLAN от несанкционированного доступа, а также механизмы кодирования передаваемых данных.

Промышленное исполнение

 Модули SCALANCE W способны сохранять работоспособ­ность в диапазоне температур от -20°C до +60°C, подвергаться длительному воздействию влаги и пыли. Используемые в них антенны, блоки питания и соединительные кабели также ори­ентированы на эксплуатацию в промышленных условиях.

Примеры использования IWLAN

  Возможна беспроводная интеграция сегментов PROFIBUS и PROFINET станций в существующую сеть Industrial Ethernet. Для этого к стационарной сети Industrial Ethernet подключается необходимое количество точек доступа SCALANCE W.

 Точки доступа могут комплектоваться круговыми или направленными антен­нами, а также протяженными антеннами с низким уровнем излучения в виде RCoax-кабеля. Через точки доступа в систему беспроводной связи могут быть включены любые стационарные или мобильные объекты, оснащенные моду­лями клиентов или модулями IWLAN/PB Link PNIO.

 Приведем пример реализации дистанционного конфигурирования аппаратуры на подвижных станциях. Мобильные станции свободно перемещаются в зоне ох­вата радио, образованной двумя точками доступа SCALANCE W788-1PRO. Каждая мобильная станция оснащена модулем клиента SCALANCE W746-1PRO. Обеспечивается поддержка беспроводного обмена данными панели оператора, компьюте­ра и программируемого контроллера каждой мобильной стан­ции с контроллером и системой человеко-машинного интерфейса стационарной сети Industrial Ethernet. Программатор Field PG M используется для дистанционного обслуживания всей аппаратуры данной системы.

    В зоне охвата радио одной точки доступа SCALANCE W788-1PRO или SCALANCE W788-2PRO могут работать мобиль­ные станции с компонентами систем распределенного ввода/вывода PROFINET IO.

Программное обеспечение

  Программный пакет SINEMA E со стандартной лицензией обеспечивает поддержку функций автоматического позиционирования компонентов инфраструктуры и оптимизации каналов связи, определяет не­обходимые типы точек доступа, оптимизирует значения пара­метров их настройки.

Поддерживаемые продукты:

• Точки доступа WLAN: SCALANCE W788; W786; W784; HiPath AP2610, 2620, 2630, 2640; точки доступа по Wi-Fi 802.11 a/b/g/h.
• Модули клиентов WLAN: SCALANCE W744; W746; W747; IWLAN/PB Link PNIO; модули клиентов по Wi-Fi 802.11 a/b/g/h.
• Адаптеры LAN/WLAN для поддержки функций чтения/за­грузки: SIMATIC NET CP 1613 A2; CP 1612; стандартный LAN-адаптер; стандартная WLAN-карта.
• Адаптер WLAN для выполнения измерений в WLAN; для измерений в стандартном режиме — стандартный WLAN адаптер; для усовершенствованного режима измерений — PCMCIA WLAN-адаптер.

 Одним из преимуществ этого производителя является предложение комплектов беспроводных устройств, совместимых с наиболее популярными в промышленности ПЛК и системами Siemens, обеспечение помехоустойчивой и надежной связи для АСУ ТП в различных отраслях, включая транспортную.

Точка доступа Siemens SKALANCE W788-1PRO

Thermokon

  Аппаратные средства беспроводной связи этого производителя применяются в областях построения и модернизации систем BMS (автоматизации и диспетчеризации инженерных систем зданий и сооружений), а так же при внедрении решений типа «Умный дом» (коттеджи, квартиры). Среди предложений этого производителя упоминания заслуживает беспроводная система радиодатчиков EasySens. Новые технологии в области радиодатчиков на солнечных батареях позволяют использовать свет для питания систем управления обогревом и вентиляцией в зданиях. В системе EasySens используются предписанные стандарты протокола EnOcean, что позволяет ее датчикам и приемникам быть совместимыми с устройствами других фирм производителей. Недорогие и эффективные решения по автоматизации зданий помогают реализовывать управление, как в новых строениях, так и в старых объектах, представляющих архитектурную ценность.

Универсальный контроллер – релейные/аналоговые выходы 0-10 В

  Универсальный контроллер SRC-ADO служит для преобразования радиосигнала от устройств EasySens в аналоговый сигнал 0-10 В и релейные выходы. Контроллер имеет 4 аналоговых выхода и до 4-х релейных выходов.

 Универсальный контроллер Thermokon SRC-ADO

  При помощи бесплатного ПО, поставляемого вместе с контроллером, можно конфигурировать выходы этого устройства независимо друг от друга. Контроллер после конфигурации в состоянии работать самостоятельно, без компьютера и имеет все необходимые функции для автоматизации зданий. Система EasySens позволяет оставить в прошлом большие затраты времени на проводку и подключение кабелей. Незначительные материальные затраты и большая экономия времени дают возможность реализовывать недорогие системные решения. Немаловажным преимуществом системы EasySens является гибкость при выборе места для монтажа датчика. Таким образом, проблем с распределением арендуемой площади в современных офисных зданиях больше не возникает, кроме того, становится возможной автоматизация в исторических зданиях, где нельзя изменять интерьер, планировку. В состав системы EasySens входит множество различных устройств контроля температуры, относительной влажности, освещенности, движения и т.п.

Рис. 2. EasySens SR04 - комнатные панели управления с датчиком; EasySens SRW01 и SRG01 - оконный датчик и оконная ручка для слежения за состоянием дверей; EasySens SR65 - наружный датчик температуры; EasySens Busch-Jaeger - радиовыключатели для управления светом и жалюзи

  Приемные устройства поддерживают различные протоколы передачи данных: LON, EIB и протоколы для интерфейса RS-485. Это позволяет внедрять систему EasySens в BUS-системы верхнего уровняСреди особенностей решений от этого производителя стоит упомянуть:

• Отсутствие батареек, которое устраняет необходимость сервисного обслуживания устройств
• Простота инсталляции: нет необходимости прокладки кабелей
• Большая гибкость при расширении и модернизации системы
• Непосредственный монтаж устройств именно туда, где нужно делать измерения, а не туда, где можно
• Низкая цена системных решений
• Помехоустойчивая передача данных на радиочастоте 868MHz
• Минимальная мощность радиосигнала (10mW)
• Радиус действия до 30 м в зданиях и до 300 м на открытой местности
• Совместимость с устройствами других фирм-производителей, выгодная при расширении системы

JUNG

 Отличительной особенностью номенклатуры аппаратных средств является наличие беспроводной аппаратуры управления и диспетчеризации. Система радиоуправления от JUNG предлагает эффективную и, прежде всего, экономичную альтернативу, позволяющую избежать дорогих реконструкций.      

  Широкий спектр ручных и настенных передатчиков, повторителей и приемников различных конструкций дополнен новыми исполнителями конструкции REG.

    В типичный набор оборудования входят:

• Пульты (прямое управление исполнительными устройствами)
• Радиоисполнители (актуаторы исполнительных устройств)
• Радиопередатчики (передают сигналы от датчиков)
• Радиодиммеры (исполнительные устройства управления светом)
• Повторители
• Радиоадаптеры (адаптеры для управления силовой нагрузкой 220 В)
• Приемники (прием сигналов внутри сети)
• Радиоконтроллеры (микроконтроллерная панель, имеющая радиоканал)

  Отдельно хочется отметить повторитель 100FR, особенностью которого является удобное и надежное применение для развития беспроводной сети в условиях перекрытий и проходов, существующих в здании и усложняющих прохождение радиосигнала.

Повторитель JUNG 100FRSG

 Применение повторителя позволяет значительно расширить зону действия системы дистанционного радиоуправления.

Повторитель принимает телеграммы от изученных передающих устройств и ретранслирует их. Эти телеграммы принимаются и обрабатываются приемными устройствами. Каскадирование повторителей невозможно, т.е. телеграммы, переданные повторителем, не ретранслируются другим повторителем. В то же время, несколько повторителей могут быть инсталлированы в одной системе, например, два повторителя могут передавать телеграмму на радиоисполнитель. В связи с этим лучше устанавливать повторитель, по возможности, в середине линии радиосвязи. В одном повторителе для ретрансляции может быть обеспеченно до 60-ти радиопередающих устройств (каналов).Так как радиопередача осуществляется по эфиру, возможно влияние различных помех. По этой причине радиоуправление нельзя применять для управления системами безопасности, например, аварийным остановом или аварийным вызовом. Дальность действия системы дистанционного радиоуправления зависит от мощности передающего устройства, характеристик приемника, влажности воздуха, высоты установки и особенностей помещения. В качестве ориентира можно опираться на следующие данные: устройство отвечает требованиям директив R&TTE (1999/5/EC). Компания JUNG обладает многолетним опытом разработки и производства качественной аппаратуры для систем автоматизации. В число существенных преимуществ производителя входят надежность и удобство монтажа, а также развертывания беспроводной сети. В таблице ниже представлены данные о прохождении радиоволн через различные сухие материалы, которые существенно помогут при выборе и организации беспроводной сети в зданиях.

Помехоустойчивость систем беспроводной радиосвязи

Как известно, основным источником помех в промышленности, а теперь уже и в системах BMS, являются регуляторы («диммеры» в BMS), использующие принципы «отсечки тока сетевого напряжения 50Гц», ШИМ, а так же инверторы в преобразователях частоты для асинхронных двигателей с огромным разнообразием частотных характеристик. Ниже на рисунке вы можете увидеть спектр радиочастот, создаваемых частотными преобразователями (инверторами), который является типовым для промышленности.

Спектр радиочастот, генерируемых частотными преобразователями

Два графика, черного (1) и зеленого (2) цвета, отражают спектры, производимые в эфир силовыми блоками, соответственно стандартного и улучшенного исполнения. Из графика видно, что безусловный выбор для АСУ ТП в промышленном цехе – беспроводная сеть с несущей частотой 2,4 ГГц, рабочий спектр которой располагается наиболее далеко от спектра промышленных помех. Для беспроводных сетей BMS требования менее критичны, и несущая частота сети может стартовать с 866 МГц – данный вывод неоднократно подтвержден на практике.