Print

Výběr průmyslové bezdrátové senzorové sítě

-- 14.03.16

Výběr bezdrátové sítě vyžaduje posouzení komunikačních protokolů, dostupnosti zařízení a současných i budoucích potřeb uživatelů. 

Technologie bezdrátových senzorů se nyní využívají v nesčetných situacích, kdy je zapotřebí monitorovat vzdálené, obtížně či nákladně dostupné lokality, nebo v pohybujících se aplikacích. Při výběru toho nejlepšího bezdrátového řešení je ve hře mnoho technologických kompromisů a dodavatelů.

Při prohledávání technických publikací a webových stránek je možno najít nejrůznější technická srovnání průmyslových bezdrátových senzorových sítí (Industrial Wireless Sensor Network – IWSN), která poskytují podrobnou analýzu cennou pro velké konečné uživatele nebo firmy poskytující technické zajištění disponující speciálními prostředky k posouzení technických nuancí. Avšak mnoho potenciálních uživatelů takové prostředky nemá, má méně formální proces výběru a možná si při posuzování různých možností nejsou jisti, které rozdíly jsou klíčové. 

Technici provádějící posouzení obvykle využívají kombinace podobných faktorů. Přiřazují váhu na základě způsobu použití, nicméně k těmto faktorům typicky patří:

  • dostupnost komunikačního spojení,
  • zabezpečení, 
  • škálovatelnost,
  • konektivita k požadovaným zařízením,
  • klasifikace nebezpečnosti lokality,
  • možnosti napájení s ohledem na požadovanou četnost oznamování,
  • snadnost použití,
  • integrace s řídicími systémy,
  • riziko budoucího „uvíznutí“ investice,
  • další praktické faktory specifické pro dané pracoviště.

Dva kroky při výběru bezdrátového řešení

Proces výběru sítě IWSN zahrnuje dva kroky: výběr síťového protokolu následovaný výběrem dodavatelů a jednotlivých zařízení. Protokol určuje, jak bude síť pracovat, a výběr zařízení vychází ze specifické aplikace. Oba aspekty musejí vzájemně spolupracovat. Je skvělé najít protokol splňující všechny potřebné požadavky na síť, ale nejsou-li k dispozici zařízení k řešení jednotlivých aplikací, nelze protokol použít. Jistá kritéria výběru mohou být absolutní, a proto diskvalifikují některé možné zdroje.

Je-li například vyžadováno schválení pro použití v nebezpečném prostředí typu Class 1 Div. 1 a stupeň krytí IP67, řešení bez těchto schválení bude buď odmítnuto, nebo bude vyžadovat další náklady a prostor pro náležitě klasifikované zapouzdření.

Někteří uživatelé mohou trvat na tom, aby potenciálně zvažovaná síť IWSN nebyla specializovaným řešením od jediného zdroje, ale aby stavěla na mezinárodním standardu. Riziko v budoucnu uvízlé investice, omezené škálovatelnosti, méně kontrolovaného zabezpečení a omezené produktové nabídky od jediného dodavatele může vyřazovat specializované řešení.

ISA100 a WirelessHART jsou standardy organizace IEC. Velmi důsledně bylo testováno jejich zabezpečení a podporuje je mnoho globálních dodavatelů procesní automatizace, takže životaschopnost dodavatele nezvyšuje riziko budoucího uvíznutí investice. Standardy ISA100 a WirelessHART uspokojí většinu, ne-li všechna obvyklá výběrová kritéria, avšak stále zůstávají určité klíčové rozdíly, které podtrhují následující faktory.

Flexibilita provedení sítě IWSN

Sítě typu mesh nabízejí mnoho výhod, včetně schopnosti samoformování, samoléčení a řízení směrování komunikačních paketů. Nabízejí rovněž mnoho odběrných (takeout) míst (bran) pro zajištění redundance a škálovatelnosti. Jejich schopnosti samoadministrace závisejí na složitých algoritmech používaných pro určení provedení nebo topologie sítě.

Musejí neustále vyhodnocovat komunikační cesty přiřazené každému přeskoku (hop) mezi bezdrátovými senzory společně s kvalitou signálu každého přeskoku a zamezovat přeskokům vedoucím k většímu počtu opakování z důvodu vyšší chybovosti paketů. U sítí IWSN s adekvátní hustotou sítě mesh (tzn. při dostatku uzlů k zajištění více komunikačních cest) je topologie dané sítě obvykle stabilní.

Síť typu mesh, spoléhající se výhradně na svou schopnost samoorganizování, nemusí splňovat požadavky na determinismus u monitorovacích nebo řídicích aplikací neschopných tolerovat delší latence nebo odchylky latence (jitter). Některé bezdrátové sítě typu mesh dovolují uživatelům nastavit maximální přípustný počet přeskoků od senzoru k odběrnému místu (hloubku sítě mesh), avšak flexibilita při navrhování specifické sítě podle požadované struktury je často přínosná (viz obrázek).

Standard WirelessHART podporuje pouze topologii typu mesh, která vyžaduje, aby všechna bezdrátová zařízení fungovala jako senzory s routery. Standard ISA100 podporuje tři možné konfigurace: bezdrátové routery, senzory s routery a pouze senzory bez schopnosti směrování, ale se schopností výběru několika routerů nebo bran pro samoléčení v případě narušení sítě. Standard ISA100 podporuje pevnou síť typu point-to-multipoint (hvězda nebo rozšířená hvězda s repeatery), typu mesh nebo kombinaci typu hvězda a mesh.

Výkon bezdrátové sítě

Flexibilita standardu ISA100 dovoluje návrhářům zvýšit dostupnost sítě IWSN tím, že zvolí takové provedení, které poskytuje optimální kvalitu signálu a splňuje požadavky na latenci v hustších sítích, aniž by to vyžadovalo větší počet odběrných míst (páteřní routery u ISA100 nebo brány u WirelessHART).

Dalším hlediskem flexibility provedení sítě IWSN je podpora různé komunikační intenzity neboli četnosti oznamování. Některé senzory mohou vyžadovat monitorování každou jednu sekundu nebo každých pět sekund, například tlakový nebo teplotní snímač, zatímco jiné senzory lze monitorovat méně často nebo lze jejich data odesílat v delších, nepřerušovaných časových slotech, například vlnové průběhy z vibračních senzorů. Flexibilní časové sloty standardu ISA100 umožňují, aby bezdrátová zařízení s různou četností oznamování koexistovala na jedné síti, což prodlužuje životnost baterie u zařízení s nižší četností oznamování a snižuje využívání šířky pásma sítě.

Flexibilita sítě typu hvězda nebo kombinovaného typu poskytuje nástroje pro řízení spotřeby energie a využívání baterie. Zařízení konfigurované s nízkou četností oznamování může mít velmi dlouhou životnost baterie, protože je déle v režimu spánku. U sítí mesh musí být každé zařízení schopno fungovat jako router, aby při volání podporovalo síť, takže energii spotřebovávají všechna zařízení, aby obsluhovala tuto funkci, a to bez ohledu na četnost oznamování.

Zajištění perspektivnosti sítí – IIoT

Minimalizace rizika budoucího uvíznutí investice je velmi důležitá pro každou velkou investici, včetně sítí IWSN. I když jsou určité investice do automatizace odolné proti budoucí nepoužitelnosti, u jiných technologií sítí IWSN je vyšší riziko, že některé bezdrátové technologie nebudou v budoucnu dostupné a přizpůsobitelné novým aplikacím vyrůstajícím z nových trendů, jako je průmyslový internet věcí (Industrial Internet of Things – IIoT). U otevřených řešení založených na standardech je mnohem vyšší pravděpodobnost, že se budou vyvíjet a budou podporována aplikacemi IIoT, jako jsou systémy správy výrobních prostředků, než je tomu u specializovaných řešení od jediného zdroje. Dokonce i protokoly sítí IWSN na bázi standardů nabízejí různou míru odolnosti proti budoucí nepoužitelnosti.

Standard WirelessHART je podle svého jména „příkazová komunikace zařízení master/slave protokolu HART po bezdrátové síti“. Standard ISA100 je naproti tomu určen pro podporu mnoha protokolů, protože komunikace sítě ISA100 je objektově orientovaná a mohou jí formou tunelu procházet různé protokoly, včetně protokolu HART a dalších, v průmyslu obvyklých procesních protokolů, jako je Modbus. ISA100 podporuje adresování každého zařízení v síti ISA100 prostřednictvím internetového protokolu verze 6 (IPv6). Síť IWSN využívající protokol HART ke komunikaci se zařízeními HART evidentně nebude podporovat budoucí aplikace, jako je IIoT, která je z podstaty na bázi IP. ce 

Kevin Zamzow je produktový manažer společnosti Yokogawa Corporation of America. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel, CFE Media, Control Engineering, mhoske@cfemedia.com.

Autor: Kevin Zamzow, Yokogawa Corporation of America


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Trendy v robotizaci 2020
2020-01-28 - 2020-01-30
Místo: Best Western Premier / Avanti, Brno
DIAGO 2020
2020-01-28 - 2020-01-29
Místo: Orea Resort Devět Skal ***, Sněžné - Milovy
Trendy automobilové logistiky 2020
2020-02-20 - 2020-02-20
Místo: Parkhotel Plzeň
Úspory v průmyslu
2020-03-03 - 2020-03-03
Místo: Ostrava
AMPER TOUR 2020
2020-03-17 - 2020-03-19
Místo: Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI