Bezprzewodowa transmisja w przemysłowych systemach automatyki
W związku z dynamicznie rosnącym zapotrzebowaniem w zakresie transmisji danych dotyczących zarówno ilości sygnałów, które należy przesyłać pomiędzy urządzeniami, jak i wymagań protokołów wykorzystywanych przy zapewnieniu poprawnej komunikacji pomiędzy sterownikami, czujnikami i systemem SCADA, konieczne jest posiadanie infrastruktury, którą będzie można łatwo rozbudować i która pozwoli na szybkie osiągnięcie wybranego celu, czyli zapewnienie niezawodnej komunikacji optymalnymi środkami.
Rozwiązanie umożliwiające stworzenie takiej elastycznej bezprzewodowej struktury możemy znaleźć w ofercie firmy ELPRO (obecnie część grupy Eaton). W przedstawionym poniżej przykładzie zostały wykorzystane radiomodemy ELPRO 245 U-E pracujące w nielicencjonowanych pasmach 2,4 GHz i 5 GHz. Umożliwiają one równoległą transmisję protokołów opartych na ramce Ethernet lub wykorzystujących interfejsy RS-232, RS-485. Alternatywnie, poprzez dołożenie zewnętrznego modułu, możliwa jest bezpośrednia transmisja stanów analogowych i cyfrowych wejść/wyjść. Modemy można również skonfigurować do roli Terminal Server lub bramy protokołów, np. Modbus RTU/TCP.
Zastosowanie funkcjonalności Wireless Distribution System (WDS) i Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) pozwoliło na zbudowanie wysokodostępowej topologii sieciowej, która zostanie wykorzystana do transmisji różnych protokołów oraz sygnałów z zapewnieniem wysokiej dostępności.
Wireless Distribution System
Funkcjonalność WDS pozwala na jednoczesną pracę modemu radiowego w dwóch trybach Access Point oraz Bridge. Praca jako Bridge pozwala na przesyłanie komunikacji pomiędzy radiomodemami, dzięki czemu urządzenia tworzą połączenia między sobą i nie jest wymagane wykorzystanie okablowania strukturalnego, co zwiększa elastyczność takiego rozwiązania. Urządzenie takie może być zamontowane na elemencie ruchomym. Dodatkowo radiomodem pracuje również jako klasyczny AccessPoint, umożliwiając podłączenie się do takiej sieci z komputera przenośnego lub tabletu i diagnozowanie działania konfigurowanego połączenia/transmisji danych.
Rapid Spanning Tree Protocol
Funkcjonalność RSTP pozwala na tworzenie spójnej infrastruktury zbudowanej zarówno w oparciu o sieć radiową, jak i sieć Ethernet LAN, w której wykorzystywany jest protokół RSTP przeciwdziałający tworzeniu pętli, a tym samym burzy broadcastów. Na bazie tak przygotowanej struktury komunikacyjnej budowana jest transmisja już wybranych protokołów/sygnałów.
Brama protokołów ModBus RTU – Modbus TCP
Przy wykorzystaniu tej funkcjonalności możemy w łatwy sposób przekonwertować transmisję i połączyć urządzenia wykorzystujące protokół Modbus RTU w oparciu o magistralę RS-485 do systemu SCADA opartego na protokole Modbus TCP. Komunikacja zbudowana w oparciu o magistralę RS-485 nie pozwala na wykonanie połączeń nadmiarowych i zabezpieczenie takiej transmisji przed jej zerwaniem w przypadku awarii magistrali (bez powielania infrastruktury). Zastosowanie konwersji z Modbus RTU na TCP pozwala na pełne wykorzystanie nadmiarowości połączeń, dzięki czemu tego typu komunikacja jest bardziej niezawodna. Istotną zaletą jest również to, że transmisja radiowa umożliwia osiągnięcie zarówno większych dystansów, jak i prędkości.
Transmisja sygnałów I/O
Zaprezentowane radiomodemy ELPRO 245 U-E mają funkcjonalność przesyłania sygnałów I/O. Pozwala ona na dowolne przyporządkowanie – „mapowanie” – pomiędzy radiomodemami sygnałów I/O. Ilość tych sygnałów może być zwiększana przez dodatkowe moduły podłączane do radiomodemu ELPRO 245 U-E, a przykładem takiego rozszerzenia może być moduł ELPRO 115S. Modemy mogą realizować prostą logikę (wyzwalanie poziomem WE analogowego, pamiętanie stanu wejść/wyjść, proste operacje logiczne, takie jak suma, negacja logiczna).
Transmisja RS-232/RS-485
Jednym z wielu zastosowań radiomodemów ELPRO 245 U-E jest zestawienie transmisji szeregowej w oparciu o popularnie wykorzystywane interfejsy RS-232 lub RS-485, mogące pracować w układzie zarówno punkt-punkt, jak i punkt-wielopunkt (emulacja magistrali szeregowej). Wykorzystując dodatkowo funkcje konwersji, możemy wykonać połączenie, w którym sygnał wejściowy będzie wykorzystywał interfejs RS-232, a na wyjściu będą podłączone urządzenia z interfejsami RS-485.
Funkcjonalna diagnostyka
Rozbudowana diagnostyka umożliwia dobór najlepszego kanału transmisji, monitoring szumu tła, poziomu sygnału użytecznego. Użytkownik ma również dostęp do statusu połączenia oraz statystyk danych poprzez stronę WWW, z poziomu protokołu Modbus (część informacji diagnostycznych zawarta jest w rejestrach wewnętrznych Modbus). Dostępne jest również oprogramowanie monitorujące sieć iNMS, umożliwiające monitoring urządzeń po SNMP (obecnie praktycznie wszystkie urządzenia z interfejsem Ethernet mają możliwość wysyłania informacji o swoim statusie poprzez protokół SNMP) lub za pośrednictwem specjalnego protokołu opracowanego przez firmę ELPRO. Protokół diagnostyczny ELPRO jest optymalny, jeśli chodzi o wykorzystanie pasma i, co najważniejsze, umożliwia monitoring wszystkich radiomodemów ELPRO, również tych dysponujących wyłącznie interefejsem szeregowym lub wejść/wyjść.
Łatwa integracja
Dzięki wykorzystaniu pełnego wachlarza możliwości, jakie dają radiomodemy ELPRO-Eaton wraz z urządzeniami, które dodatkowo rozszerzają liczbę wejść i wyjść, oraz możliwości łatwej integracji tych rozwiązań z klasycznymi sieciami LAN/WAN wykorzystywanymi w każdym zakładzie produkcyjnym i z typowymi sieciami przemysłowymi budowanymi w oparciu o charakterystyczne protokoły (Modbus, Profibus, DeviceNet, EherNet/IP, DNP i wiele innych), możemy zbudować nowoczesną, dynamiczną infrastrukturę komunikacyjną, zachowując swobodę zmian, możliwości modernizacji, pełnej diagnostyki i monitoringu statusu każdego z interfejsów fizycznych z osobna.
TEKNISKA POLSKA PRZEMYSŁOWE SYSTEMY TRANSMISJI DANYCH Sp. z o.o.
ul. Łabędzka, 44-121 Gliwice
tel. 32 33 111 06 08, fax 32 33 111 09
e-mail: tekniska@tekniska.pl
http://tekniska.pl
source: Automatyka 11/2015