< Previous60AUTOMATYKAPRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYSieci bezprzewodowe w przemyślewość wykorzystania środków produkcji, przez co staje się ona bardziej elastycz-na i konkurencyjna. Podobnie, pracow-nicy korzystający z tabletów, terminali POS czy nawet zwykłych smartfonów do monitoringu, obsługi, sterowania oraz zdalnej konserwacji maszyn, przy-czyniają się do zwiększenia produktyw-ności całego zakładu, a ich praca jest znacznie bardziej efektywna, i to sto-sunkowo niewielkim kosztem poniesio-nym na wdrożenie systemu. Spore korzyści niesie ze sobą rów-nież stosowanie bezprzewodowych przenośnych terminali HMI, umożli-wiających operatorom nadzór nad poszczególnymi etapami procesów technologicznych z dowolnego miej-sca w fabryce czy sterowanie maszy-nami. Tego typu rozwiązania oferuje m.in. polski producent wycinarek plazmowych i gazowych, firma Stigal. Wdrażając bezprzewodowy dostęp do sterowania maszynami, automatyką, robotami czy do sieci SCADA użytkow-nicy nie są zmuszeni do wchodzenia w strefę pracy maszyn, co bezpośred-0 &' <A ' -AI & # -&&' ' G 3 & % H 3 " VGR & 'D4 H #< ' & ! ' < "D & #<-# # # & #& !# #"& # "&4 &- H < & "' <- # & G & & & G ) & - # " <DI ! &G ,-! / Cechą charakterystyczną prze-mysłowej komunikacji jest cykliczne przesyłanie stosun-kowo niewielkich pakietów danych. Z drugiej strony urządzenia pracują w niesprzyjających, trudnych warun-kach, gdzie możemy mieć do czynie-nia z wysoką temperaturą, pyłem czy wilgotnością. Dodatkowo procesy prze-mysłowe często trwają 24 godziny na dobę, siedem dni w tygodniu. Z tych powodów, kluczową kwestią staje się niezawodność komunikacji radiowej. Nawet najmniejsze zakłócenia i przer- wy w transmisji danych mogą spowo-dować zatrzymanie produkcji i związa-ne z tym olbrzymie straty. Sterowane radiowo autonomiczne systemy transportu wewnątrzzakłado-wego i magazynowe wózki wahadłowe w znaczący sposób zwiększają możli-nio przekłada się na zwiększenie bez-pieczeństwa pracy.W aplikacjach procesowych i infra-strukturalnych dzięki przemysłowym systemom radiowym można, o czym już wspomniano, odbierać też dane z odległych stacji, czujników czy i urzą-dzeń obiektowych, które w inny sposób nie mogłyby być aktualizowane na bie-żąco. Warto też podkreślić, że przemy-słowe systemy radiowe otwierają nowe możliwości elastycznych i efektywnych rozwiązań automatyki przemysłowej – to tylko niektóre główne zalety wdro-żenia bezprzewodowej, przemysłowej komunikacji. Rodzaje przemysłowej komunikacji radiowejW praktyce przemysłowej, technologie radiowe są wykorzystywane począw-szy od przesyłania prostych informacji o wskazaniach czujnika po budowę skomplikowanych sieci w standardzie radiowego Ethernetu z setkami podłą-czonych do niej urządzeń. Z tego powo-du korzysta się z różnych technologii / " ! 0 7/5 & 7/5617-8/2019PRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYTechnologia MIMO (Multipe Input Multiple Output) i jej nowsza odmiana MU-MIMO (Multi User MIMO), to system wykorzystujący możliwość jednoczesnego wysyłania i odbierania wielu strumieni danych, co tu odpowiada wielu wiązkom radiowym między parą komu-nikujących się ze sobą urządzeń bezprzewodowych. Technologia ta weszła do użytku w sieciach Wi-Fi w 2007 r., wraz z pojawieniem się na rynku standardu IEEE 802.11n.Korzystający z technologii MIMO punkt dostępowy dzieli przekazywaną informacje na kilka strumieni danych, których liczba odpowiada liczbie wykorzystywanych do nadawa-nia anten. Strumienie te wysyłane są za pomocą kilku anten pracujących na tym samym kanale. Urządzenie odbierające przechwytuje wszystkie składowe wiązki, a następnie, na podstawie dodanych podczas nadawania odpowiednich sygnatur, łączy ze sobą dane w całość. Każda z używanych w technologii MIMO anten podłączona jest do innego, działającego równolegle nadajnika lub odbiornika i transmituje bądź odbiera sygnał o nieco przesu-niętej względem siebie częstotliwości, ale wciąż mieszczącej się w szerokości kanału (w sieciach Wi-Fi szerokość kanału wynosi 20 MHz). Innymi słowy, zamiast jednej transmisji na kanale o szerokości 20 MHz można, korzystając z dwóch anten, czyli systemu ozna-czanego jako 2 × 2, stosując dwie anteny odbiorcze, dwie nadawcze, nadać dwa sygnały w pasmach o szerokości 10 MHz. Mając do dyspozycji cztery anteny (system 4 × 4), można nadać cztery sygnały po 5 MHz każdy itd. Wprowadzona wraz ze standardem 802.11ac technologia MU-MIMO, wykorzystuje dodatkowo technikę formowania wiązki, tzw. beamforming. Dzięki temu wiązki sygna-łowe kierowane są bezpośrednio do bezprzewodowego odbiornika, a nie jak miało to miejsce w MIMO, dookolnie we wszystkie możliwe strony. W ten sposób sygnał jest efek-tywniej dystrybuowany i jednocześnie z punktem dostępowym może komunikować się kilka urządzeń.TECHNOLOGIA MIMOradiowych, z czego najpopularniejsze są Wireless LAN, Bluetooth, Wire-lessHART, RFID i komunikacja w sys-temach GSM 3G/4G. Oprócz tego do-stępne są rozwiązania własne różnych producentów, takie jak np. Trusted Wireless 2.0 firmy Phoenix Contact.Systemy GSM i RFID to specyficzne technologie, wykorzystywane w ściśle określonych zastosowaniach i sytu-acjach, dlatego omówione zostaną pozostałe rozwiązania spotykane w przemyśle, zaczynając od dobrze znanej z akcesoriów komputerowych i telefonów komórkowych technologii Bluetooth. Jak wiadomo, Bluetooth bazuje na międzynarodowym standardzie IEEE 802.15.1 i pracuje w dostępnym na całym świecie bez koncesji i pozwoleń paśmie 2,4 GHz. Standard ten nadaje się doskonale do przesyłania danych Ethernet i Profinet lub sygnałów I/O do ruchomych lub wirujących elementów maszyn. Co ważne, pozwala też nawią-zać niezawodne i odporne na zakłóce-nia, również w trudnych warunkach przemysłowych, połączenie radiowe na odległość do ok. 10 m. Dlatego chętnie wykorzystywane jest w sieciach auto-matyki przemysłowej. Swoją odporność na zakłócenia Blue- tooth zawdzięcza temu, że transmisja danych odbywa się z wykorzystaniem metody rozpraszania widma FHSS, po-legającej na zmianie kanału transmi-syjnego po każdym przesłaniu danych. Przeskok ten odbywa się nawet 1600 razy na sekundę. Dzięki takiej redun-dancji obejmującej nawet 79 kanałów transmisyjnych Bluetooth wyróżnia się doskonałą odpornością na zakłócenia w zatłoczonym paśmie częstotliwości 2,4 GHz. Dzięki temu za pomocą tech-nologii Bluetooth można realizować niezawodne połączenia radiowe, któ-re wymagane są m.in. do komunikacji w systemach bezpieczeństwa takich jak PROFIsafe czy SafetyBridge.Standard Bluetooth obejmuje też skuteczny mechanizm koegzystencji, Adaptive Frequency Hopping (AFH), który niezawodnie wykrywa m.in. kanały wykorzystywane przez WLAN o zajętości od 10% do 15% i automa-tycznie pomija pasma zajęte przez inne %+ & "' # '< & A H&D & < &A " &A /" # "D & 0>/862AUTOMATYKAPRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYurządzenia. Bluetooth nadaje się szcze-gólnie do małych, statycznych sieci bezprzewodowych o niewielu urządze-niach. Typowymi sieciami Bluetooth są proste aplikacje P2P lub niewielkie sie-ci o topologii gwiazdy z maksymalnie kilkoma, zwykle do siedmiu–dziesięciu, urządzeniami, które mogą nadawać jednocześnie – tym różnią się m.in. od sieci WLAN, gdzie może pracować duża liczba urządzeń, ale nadają one sekwencyjnie, jedno po drugim.Obszary zastosowania w prze-myśle bezprzewodowej technologii Bluetooth są bardzo zróżnicowane. Najczęściej wykorzystuje się ją w ste-rowaniu i konserwacji maszyn, gdzie wymagana jest pewna komunikacja na krótkim dystansie z wykorzysta-niem protokołu Ethernet między inte-ligentnymi sterownikami, czujnikami i regulatorami napędów, które mogą być zamontowane na ruchomych elementach maszyn. W ten sposób eliminuje się konieczność stosowa-nia przewodów ślizgowych. Blue- tooth wykorzystuje się też do sczytywa-nia danych z czujników na obszarach zatłoczonym pod względem radiowej komunikacji lub tam, gdzie występują duże zakłócenia elektromagnetyczne.WirelessHARTDrugim z powszechnie stosowanych radiowych standardów przemysło-wych jest WirelessHART, będący bez-przewodową odmianą protokołu ko-munikacyjnego sieci przemysłowych HART (Highway Addressable Remote Transducer). Standard WirelessHART został stworzony w 2007 r. przez HART Foundation, aby umożliwić użytkow-nikom efektywne wykorzystanie urzą-dzeń obsługujących standard HART w wersji 7.W 1986 r. firma Rosemount wpro-wadziła na rynek tzw. inteligentne przetworniki pomiarowe, które poza generowaniem prądowego sygnału pomiarowego 4–20 mA, komuni-kowały się przy pomocy protokołu HART. Protokół ten umożliwiał zmia-nę zakresu pomiarowego, nastaw i diagnostykę urządzeń. Obecnie wykorzystywany jest do komunikacji inteligentnych urządzeń pomiaro-wych w przemyśle przez praktycznie wszystkich producentów aparatury pomiarowej. Znajdziemy go między PRODUCENTADVANTECHWWW.ELMARK.COM.PLASTRADAWWW.ASTOR.COM.PLASTRADAWWW.ASTOR.COM.PLWWWNazwa modeluEKI-6333ACJET-WAVE-3220JET-WAVE-2400Typ urządzeniapunkt dostępowyrouter bezprzewodowyrouter bezprzewodowyRodzaj sieciWireless LANWireless LAN, LTE*Wireless LANStandardyIEEE 802.11 a/b/g/n/acIEEE 802.11 a/b/g/n; LTE*IEEE 802.11 b/g/nPasmo częstotliwości2,4 GHz i 5 GHz2,4 GHz i 5 GHz2,4 GHzMoc nadajnikabrak danych25 dBm20 dBmLiczba anten2 (zewnętrzne)4 (zewnętrzne, 2 × 2)1 (wewnętrzna)Technologia MIMOtaktaknieEthernet10/100/1000 Mbit/s10/100/1000 Mbit/s10/100 Mbit/sLiczba zlączy RJ451 (PoE)2 (PoE)1 (PoE)Montaższyna DINszyna DINmontaż na ścianie, maszcieInne złączacyfrowe We/Wycyfrowe We/Wy, diagnostyczne, M12, karta SIM*WPA 2/WPA 3tak/nietak/nietak/nieStopień ochronybrak danychIP31IP55Wymiary [mm × mm × mm]28,5 × 120 × 85,3brak danychbrak danych• Wysoka elastyczność dzięki prostej i niezawodnej komunikacji z mobilnym lub trudno dostępnym osprzętem do automatyki przemysłowej• Dostęp do zasobów sieciowych z dowolnego miejsca upraszcza ser-wisowanie maszyn, redukuje koszty utrzymania i skraca czasy przestoju• Monitorowanie i sterowanie oddalo-nymi stacjami bez konieczności dopro-wadzania przewodów• Niższe koszty instalacji i utrzymania oraz możliwość prostej rozbudowy sieci w porównaniu z instalacjami kablowymi• Wyższa jakość procesu i produktu dzięki dodatkowym informacjom N 3 ZALETY PRZEMYSŁOWEJ KOMUNIKACJI RADIOWEJ 2 & HA &' 4 2 < /)/Tab. 0#4 & # && "D & < & 3 637-8/2019PRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYATIMWWW.SABUR.COM.PLBELDENWWW.PF-ELECTRONIC.PLB&B ELECTRONICSWWW.NAVI-NET.PLEXTREMEMOBILITYWWW.EXTREMENETWORKS.COMFOUR-FAITHCONSTEEL-ELECTRONICS.COMWLI-EBAT450-FAirborne M2M APXN-Q5428AP560iF-R200-FLpunkt dostępowy do syste-mów embeded M2Mpunkt dostępowypunkt dostępowypunkt dostępowy z optymalizacją dla urządzen IoTrouter LTE z Wi-FiWireless LANWireless LANWireless LANWireless LANWireless LAN, LTE802.11b/gIEEE 802.11 a/b/g/nIEEE 802.11 a/b/g/nIEEE 802.11axIEEE 802.11 b/g/n2,4 GHz2,4 GHz i 5 GHz2,4 i 5 GHz2,4 GHz i 5 GHz2,4 GHz20 dBm20 dBm17 dBm20 dBm26 dBm1 (wewnętrzna)3 (zewnętrzne)1 (zewnętrzna)4 (wewnętrzne, 4 × 4)4 (zewnętrzne, 2 × Wi-Fi, 1 × LTE, 1 × GPS)nietaktaktaknie10/100 Mbit/s10/100/1000 Mbit/s10/100 Mbit/s1 × 10/100/1000 Mbit/s; 1 × 100/1000/2500/5000 Mbit/s10/100/1000 Mbit/s21 (PoE)1 (PoE)2 (PoE)5 (1 × WLAN)montaż na ścianiemontaż na ścianiemontaż na ścianie, opcjonalnie szyna DINmontaż na ścianieM12M12RS-232/422/485, RS-232/422USB 3.0RS-232/485 (konsola), karta SIM, cyfrowe We/Wytak/nietak/nietak/nietak/taktak/nieIP66IP67Szeroki zakres temperatury pracy –40 °C do +85 °CIP67brak danych175 × 80 × 49261 × 189 × 55120,14 × 120,12 × 29,21288 × 254 × 75134,8 × 115,7 × 45innymi w oczadzeniach takich firm jak: Emerson, Yokogawa, ABB, MSA czy Endress+Hauser. Jak twierdzi HART Founda-tion, w aplikacjach na całym świecie jest zainstalowanych obecnie ponad 30 milionów urządzeń obsługujących pro-tokół HART. Pełne możliwości są jednak wykorzystywane w zaledwie 10% urządzeń. Transmisję radiową z użyciem protokołu WirelessHART w postaci modułów radiowych IEEE 802.15.4 z transceiverem radiowym 10 mW można sto-sować na całym świecie w dostępnym bez licencji paśmie częstotliwości 2,4 GHz. Protokół WirelessHART obsługuje cztery górne warstwy modelu OSI i ma kilka istotnych cech dających mu przewa-gę nad innymi systemami radiowej wymiany danych o ni-skim poborze mocy. Przede wszystkim wymienić tu należy możliwość równoległej pracy urządzeń z jednoczesnym za-rządzaniem dostępnymi kanałami radiowymi. Dodatkową zaletą jest implementacja w nim metod rozpraszania wid-ma DSSS i FHSS, techniki CCA (Clear Channel Assessment) oraz stosowanie krótkich czasów transmisji i funkcji blac-klisting, wykluczającej z użycia zajęte lub zakłócone kanały.Jednak główną cechą protokołu WirelessHART jest zdol-ność do samodzielnego, w pełni automatycznego tworze-nia i konfiguracji sieci typu mesh. Dzięki temu każde urzą-dzenie może komunikować się w sieci korzystając z kilku różnych ścieżek/dróg komunikacji, co eliminuje w znaczący sposób wpływ zakłóceń zewnętrznych. Zasięg sieci Wire-lessHART na wolnej przestrzeni to ok. 250 m, a w przestrzeni zabudowanej, np. na hali produkcyjnej to z reguły od 50 m do 100 m.Co ważne, urządzenia w sieciach mesh mogą automa-tycznie wykrywać inne urządzenia, mierzyć siłę sygnału radiowego oraz śledzić parametry transmisji niezbędne do synchronizacji i ewentualnej zmiany częstotliwości. )# ' " 0 >/8 < /O7 > )# ' " 0 >/8 < /O7 > 64AUTOMATYKAPRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYJednym z często niedocenianych elemen-tów, który decyduje o zasięgu i stabilności sygnału radiowego jest antena. Współ-czesne bezprzewodowe routery i punkty dostępowe zgodne ze specyfikacją 802.11ac korzystają z dwóch, trzech lub czterech dwupolaryzacyjnych, dwupasmowych (2,4 i 5 GHz) anten pracujących w konfigura-cji 2 × 2, 3 × 3 lub 4 × 4. Taki układ pozwala na jednoczesne nadawanie i odbiór danych. Oczywiście, dostępne są modele z sześcioma czy ośmioma dwupasmowymi antenami , które pozwalają uzyskać lepszą sumaryczną prędkość transmisji oraz lepszy zasięg, ale są też znacznie droższe.Jeśli chodzi o samą antenę, to mogą być one usytuowane zarówno na zewnątrz urzą-dzenia jak i w jego wnętrzu, co ma znacze-nie w wypadku urządzeń przemysłowych, które muszą stanowić zwartą całość. na płytce drukowanej. Każda antena, niezależ-nie od tego, czy jest to antena zewnętrzna, czy wewnętrzna, podłączona jest do swojego własnego wzmacniacza anteno-wego, nazywanego też wzmacniaczem RF (RF Amplifier). Moduł ten bezpośrednio wzmacnia sygnał radiowy, który wysyłany jest do anteny lub z niej odbierany. Przy-gotowaniem nadawanego sygnału i jego modulacją zajmuje się natomiast układ nadawczo-odbiorczy (transceiver). Oczy-wiście, w wypadku, gdy sygnał radiowy jest odbierany, wówczas ten dwufunkcyjny moduł odpowiada za „rozkodowanie” przy-słanych informacji. W urządzeniach przemysłowych stosuje się dwa rodzaje anten – anteny dookolne i anteny kierunkowe. Standardowo wyko-rzystywane są anteny dookólne, które pozwalają komunikować się z urządze-niami WLAN, które znajdują się w różnych miejscach względem punktu dostępowego/routera lub są ruchome. Jednak ze względu na niewielki zysk kierunkowy, anteny te nadają się do krótkich i średnich dystan-sów. Wewnątrz pomieszczeń, gdzie wystę-pują odbicia, w razie braku widoczności sygnał może dotrzeć z nadajnika do odbior-nika po odbiciu się od przeszkody. Anteny dookólnej nie należy zatem montować bezpośrednio tuż obok odbijających fale, metalicznych powierzchni, gdyż zmniejszy to zasięg i niezawodność działania sieci Wi-Fi. Idealnym miejscem na montaż jest szczyt masztu lub szafa sterownicza tak, aby antena miała możliwie jak najwięcej przestrzeni do propagacji fal radiowych we wszystkich kierunkach.Anteny kierunkowe stosuje się do komu-nikacji na dużych dystansach przy nieza-kłóconej widoczności – np. do komunika-cji z rozmieszczonymi na otwartym terenie czujnikami. Anteny kierunkowe emitują moc nadawczą w wybranym przez nas kierunku. Zwiększa to zasięg i zmniejsza prawdopodobieństwo zakłóceń powodo-wanych przez inne urządzenia działające poza obszarem propagacji fal radiowych. Warto pamiętać, że im większy uzysk anteny kierunkowej, tym mniejszy obszar promie-niowania (kąt otwarcia). Wymaga to bardzo precyzyjnego ustawienia anten. ANTENAPRODUCENTICP DASLANCOMMOXAWWWCONSTEEL-ELECTRONICS.COMWWW.NAVI-NET.PLWWW.ELMARK.COM.PLNazwa modeluIOP760AMIAP-321AWK-4131Typ urządzeniaMostek Wi-Fi z konwerterem Ethernet/UARTpunkt dostępowypunkt dostępowyRodzaj sieciWireless LANWireless LANWireless LANStandardyIEEE 802.11 b/g/n/acIEEE 802.11 a/b/g/nIEEE 802.11 a/b/g/nPasmo częstotliwości2,4 GHz i 5 GHz2,4 GHz i 5 GHz2,4 GHz i 5 GHzMoc nadajnika20 dBm17 dBm15 dBmLiczba anten4 (zewnętrzne, 2 × 2)4 (wewnętrzne + zewnętrzne, 2 × 2)2 (zewnętrzne)Technologia MIMOtaktaktakEthernet10/100 Mbit/s10/100/1000 Mbit/s10/100/1000 Mbit/sLiczba zlączy RJ4512 (PoE)1 (PoE)Montażmontaż na ścianie; szyna DINmontaż na ścianie + akcesoria do montażu na maszcie i szynie DINmontaż na ścianie, opcjonalnie szyna DINInne złączaRS-232/485 (Modbus RTU), cyfrowe We/WyM12, cyfrowe We/WyM12, RS-232WPA 2/WPA 3tak/nietak/nietak/nieStopień ochronybrak danychIP50IP68Wymiary [mm × mm × mm]130,6 × 99 × 31brak danych224 × 147,7 × 64,5 2 & HA &' Tab. 0#4 & # && "D & < & 3 657-8/2019PRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYPHOENIX CONTACTPHOENIX CONTACTPHOENIX CONTACTPHOENIX CONTACTPHOENIX CONTACTWWW.PHOENIXCONTACT.COMWWW.PHOENIXCONTACT.COMWWW.PHOENIXCONTACT.COMWWW.PHOENIXCONTACT.COMWWW.PHOENIXCONTACT.COMFL WLAN 5110FL WLAN 2100FL BT EPA 2RAD-WHG/WLAN-XDRAD-WHA-1/2NPTPunkt dostępowy WLANPunkt dostępowy WLANModuł bezprzewodowy Bluetooth/EthernetBramka WirelessHART do 802.11b/g-EthernetAdapter WirelessHARTWireless LANWireless LANBluetoothWirelessHART, Wireless LANWirelessHARTIEEE 802.11 a/b/g/n IEEE 802.11 a/b/g/n Bluetooth 2.1 + EDR, Blueto-oth LE 4.0 WirelessHART, WLAN IEEE 802.11 b/g WirelessHART2,4 GHz i 5 GHz2,4 GHz i 5 GHz2,4 GHz 2,4 GHz2,4 GHz20 dBm20 dBm10 dBm10 dBm (WirelessHART); 20 dBm (802.11)10 dBm2 (zewnętrzne)2 (wewnętrzne)1 (wewnętrzna)1 (zewnętrzna)1 (zewnętrzna)taktaknienienie10/100 Mbit/s10/100 Mbit/s10/100 Mbit/s10/100 Mbit/snie2111brakSzyna DINMontaż w pojedynczym otworzeMontaż na ścianieSzyna DINGwint NPT 1/2"brak danychbrak danychZłącze wtykowe M12, wejście cyfrowebrak danychdowolny kabel przyłączenio-wy, AWG 20 tak/nietak/nienie dotyczynie/nienie dotyczybrak danychIP68IP65IP20, ATEXIP65, ATEX40 × 109 × 10962,8 × 36,5 × 113,267,8 × 92,7 × 33,245 × 99 × 114,582,7 × 161 × 65,3W zależności od potrzeb urządzenia mogą samodzielnie nawiązywać lub przerywać połączenia z innymi urządzenia-mi. Sama sieć, jak i pracujące w niej koncentratory, które zarządzają jej pracą charakteryzują się własnym numerem ID, dzięki czemu kilka sieci WirelessHART może pracować obok siebie bez ryzyka niezamierzonej wymiany danych lub nieprawidłowego przesłania sygnałów. Decydującą kwestią we właściwym zarządzaniu kanałami radiowymi i tworzeniu sieci mesh jest precyzyjna czasowa synchronizacja transmisji danych. Sieci WirelessHART wy-korzystują tu metodę wielodostępu z podziałem czasowym TDMA (Time Division Multiple Access). W metodzie tej dla każdej określonej precyzyjnie czasowo operacji transmisji jest udostępniona 10-milisekundowa szczelina czasowa oraz jeden z 15 wykorzystywanych w standardzie kanałów. W przypadku braku komunikacji urządzenia automatycz-nie przełączają się w tryb uśpienia, co pomaga oszczędzać energię. Bezpieczeństwo komunikacji gwarantuje 128-bi-towe kodowanie AES, a także zaimplementowane w stan-dardzie metody uwierzytelniania i zabezpieczania nienaru-szalności danych. Podczas uwierzytelniania na podstawie adresów źródłowych pakietu sprawdzana jest ważność toż-samości nadajnika. Adresy te są zabezpieczone tzw. 32-bito-wymi kodami MIC (Message Integrity Code), które stanowią gwarancję przesyłania informacji w niezmienionej formie. Aby zwiększyć bezpieczeństwo, wszystkie urządzenia muszą, logując się do sieci, dokonać uwierzytelnienia. W tym celu urządzenia sieciowe wysyłają i publikują re-gularnie informacje sieciowe w postaci pakietów danych, tzw. beaconów. Aby nowe urządzenie mogło połączyć się z siecią, musi najpierw odebrać jeden z tego typu pakietów, a następnie przesyłać zapytanie (z danymi uwierzytelniają-cymi) o możliwość połączenia do nadrzędnego managera sieci WirelessHART, który najczęściej jest jednocześnie kon-centratorem. Po przesłaniu danych urządzenie jest połą-czone z siecią i może być wykorzystywane do przesyłania i publikowania danych. 5 & " " " 66AUTOMATYKAPRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYSieci Wi-Fi, to sieci bezprzewodowe, w któ-rych do przesyłania danych wykorzystuje się fale radiowe. Zjawiska fizyczne zwią-zane z dookólnym, otwartym rozchodze-niem się fal radiowych wymuszają stoso-wanie specyficznych zasad postępowania i algorytmów bezpieczeństwa związanych z prowadzoną w ten sposób bezprzewo-dową transmisją danych. W przeciwnym razie, można nie tylko podsłuchać trans-mitowane dane, ale łatwo włamać się do przemysłowej sieci Wi-Fi. Warto dodać, że sieć Wi-Fi może zostać skonfigurowana bez zabezpieczeń. Taka sieć nazywa się otwartą i może się do niej przyłączyć dowolne urządzenie będące w jej zasięgu.W przypadku sieci bezprzewodowych podstawowym elementem zabezpiecze-nia transmisji danych, opisanym w stan-dardzie 802.11, jest szyfrowanie transmisji. Obecnie dostępne są trzy standardy – WEP (Wired Equivalent Privacy), WPA (WiFi Pro-tected Access) oraz WPA2. WEP to pierw-szy, najstarszy i podstawowy algorytm zabezpieczania transmisji w sieciach Wi-Fi. Zapewnia on szyfrowanie za pomocą algo-rytmu RC4 z wykorzystaniem klucza o dłu-gości 64, 128 lub 256 bitów, niestety jest on obecnie bardzo podatny na złamanie i nie należy z niego korzystać w warunkach przemysłowych. Większe bezpieczeństwo oferuje standard WPA. Co prawda, również i on podatny jest na złamanie, ale wymaga ono dość długiego czasu nasłuchu. WPA wykorzystuje protokoły TKIP oraz uwie-rzytelnienie EAP (Extensible Authentifica-tion Protocol). TKIP do szyfrowania nadal wykorzystuje algorytm RC4, ale znacznie utrudniono jego odczytanie wprowadza-jąc haszowanie jego wartości oraz wymu-szono generowanie nowych kluczy po każdych dziesięciu tysiącach przesłanych pakietów danych. W praktyce nie pozwala to intruzowi na zebranie wystarczającej ilo-ści danych do jego złamania lub wymu-sza wielodniowy nasłuch niezbędny do zebrania wystarczającej ilości informacji. Z kolei protokół EAP służy do dodatko-wego autoryzowania użytkowników sieci bezprzewodowej. Najpewniejszym, standardowym zabez-pieczeniem sieci Wi-Fi jest standard WPA2. Dodano w nim protokół CCMP (Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol), który jest podstawą specyfikacji 802.11i. Podobnie jak protokół TKIP zapewnia integralność i poufność danych ale stosuje silniejszy algorytm szyfrowania AES (Advanced Encryption Standard), który na potrzeby protokołu CCMP wykorzystuje 128-bitowe klucze. Zastosowanie silnego algorytmu szyfrowania AES sprawiło, że nie ma już potrzeby tworzenia oddzielnego unikato-wego klucza dla każdego pakietu lub grupy pakietów. CCMP wykorzystuje ten sam klucz zarówno dla szyfrowania danych jak i tworzenia sumy kontrolnej. Zabezpieczenia WPA oraz WPA2 przewi-duje możliwość skonfigurowania klucza do pracy w jednym z dwóch trybów – Perso-nal oraz Enterprise. W wariancie Personal do zabezpieczenia transmisji wykorzysty-wany jest jeden współdzielony klucz, który używany przez wszystkich użytkowników, którzy przyłączają się do naszej sieci Wi-Fi. W wariancie Enterprise nie używa się jed-nego klucza współdzielonego, którego ujawnienie wymusza od razu jego zmianę na wszystkich urządzeniach pracujących w sieci Wi-Fi. Tutaj klucze szyfrowania przy-dzielane są indywidualnie każdemu użyt-kownikowi z osobna przez serwer RADIUS.BEZPIECZEŃSTWO SIECI WI-FIW sieciach WirelessHART są trzy typy urządzeń WirelessHART – bram-ki, urządzenia pomiarowe oraz ada-ptery. Pierwsze z nich pełni funkcję punktu dostępowego, managera sieci i, co oczywiste, bramki spinającej sieć WirelessHART z kontrolerem automa-tyki przemysłowej. Bezprzewodowe urządzenia pomiarowe składają się z części pomiarowo-monitorującej i modułu radiowego, zaś adaptery pozwalają zintegrować tradycyjne, przewodowe urządzenia HART z sie-cią WirelessHART. Adapter można też podłączyć do istniejącego okablowa-nia 4–20 mA, aby odbierał przesyłany tamtędy sygnał i transmitował go dro-gą radiową. Urządzenia WirelessHART mogą być zasilane za pomocą paneli słonecznych, z sieci z baterii lub z pętli prądowej. Niezależnie od zalet łączności Blue- tooth oraz bezprzewodowej sieci urządzeń pomiarowych WirelessHART, największą elastycznością w zastoso-waniach przemysłowych cechują się bezprzewodowe sieci WLAN. Ich po-pularność związana jest z wieloma czynnikami, jednak najważniejszym jest ogromna uniwersalność i kompa-tybilność z rozwiązaniami wykorzysty-wanymi w standardowych sieciach IT. Bezprzewodowe sieci WLANWireless Local Area Network, w skrócie WLAN, to lokalne sieci bezprzewodo-we zgodne ze standardem IEEE 802.11, popularnie nazwanym siecią Wi-Fi, i co najważniejsze, kompatybilne z przewodową siecią Ethernet. Dzięki temu sieci WLAN „z definicji” zgod-ne są z sieciami wykorzystywanymi w systemach automatyki przemysło-wej, które bazują na technologii Ether-net, takich jak PROFINET RT, Ether-Net/IP, CANopen czy Modbus/TCP, dzięki czemu podłączenie do nich sieci Wi-Fi nie wymaga modyfikacji protokołu przesyłanych pakietów. Innymi słowy Wireless LAN umoż-liwia łatwe bezprzewodowe zintegro-wanie nowych urządzeń z istniejącym systemem automatyki przemysłowej i infrastrukturą IT działającą w firmie. Co więcej, możliwe jest też bezpro-blemowe podłączenie urządzeń do Internetu, co ma wręcz kluczowe zna-czenie w wypadku Przemysłowego In-ternetu Rzeczy IIoT (Industrial Internet of Things) i Przemysłu 4.0.Wireless LAN charakteryzują się również tym, że, podobnie jak Ethernet, umożliwia tworzenie du-żych sieci z wieloma urządzeniami, jednak w przeciwieństwie do kablo-wej sieci Ethernet, ze względu na swój radiowy charakter, jest to medium, którym muszą podzielić się wszyst-kie urządzenia podłączone do sieci lub działające na tym samym paśmie częstotliwości. Im więcej urządzeń jest podłączonych do sieci, tym dłuż-sze są czasy oczekiwania i wolniejsza transmisja danych. Fakt ten należy uwzględnić przy projektowaniu sys-temu automatyki, który musi działać zawsze w czasie rzeczywistym.677-8/2019PRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYSzczególnym atutem sieci WLAN jest mobilność urządzeń podłączo-nych do tej sieci. Urządzenia mogą poruszać się swobodnie na dużej po-wierzchni w zasięgu sieci Wireless LAN i automatycznie przełączać między punktami dostępowymi, wybierając najbliższy lub taki, który zapewnia w danej chwili najlepszy sygnał ra-diowy. Operacja ta jest nazywana ro-amingiem.Zasięg sieci WLAN można w do-wolnym momencie zwiększyć doda-jąc do infrastruktury kolejne punkty dostępowe lub korzystając z anten o wyższym zysku energetycznym lub tam, gdzie jest to wymagane, zanten kierunkowych. Ważne jest też to, że w wielu wypadkach, ale tylko tam gdzie pozwala na to rzeczywiście apli-kacja, można posłużyć się standardo-wym sprzętem IT, a nie tylko charak-teryzującym się większą odpornością na warunki zewnętrzne, ale przez to znacznie droższym sprzętem spełnia-jącym wymagania przemysłowe.Standardy z rodziny IEEE 802.11W sieciach WLAN wykorzystuje się ro-dzinę standardów IEEE 802.11, która ze względu na popularyzację w zasto-sowaniach IT, w tym zastosowaniach konsumenckich, jest najbardziej zna-nym na świecie standardem komuni-kacji bezprzewodowej wykorzysty-wanym w przemyśle. Przez ostatnich kilkanaście lat wyewoluowało wiele różnych odmian sieci Wi-Fi. Za certy-fikację urządzeń i ich standaryzację odpowiada przemysłowe stowarzy-szenie Wi-Fi Alliance, które w spra-wach opracowywania odpowiednich norm ściśle współpracuje z międzyna-rodową organizacją IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers – Instytut Inżynierów Elektryków i Elek-troników), która przygotowała zestaw standardów IEEE 802.11 definiujących różne typy i sposoby funkcjonowania bezprzewodowych sieci Wi-Fi. Pierwszym powszechnie przyję-tym standardem był 802.11b, po-tem weszły odpowiednio 802.11a, 802.11g, oraz 802.11n. Standard „g” dotyczył urządzeń pracujących w pa-śmie 2,4 GHz i pozwalał na przesyła-nie danych z szybkością do 54 Mb/s. Obecnie najczęściej spotyka się sieci Wi-Fi w standardzie „n”, który również korzysta z pasma 2,4 GHz. Dzięki m.in. technologii MIMO można osiągnąć tu prędkość transmisji dochodzącą do 150 Mb/s lub 300 Mb/s. Ta ostatnia, w dużym uproszczeniu, jest dostępną wówczas, gdy urządzenia nadawcze i odbiorcze mają po dwie anteny za-miast jednej. W ten sposób uzyskuje się też prędkość rzędu 450 Mb/s czy 600 Mb/s stosując odpowiednio trzy lub cztery anteny, a więc, innymi sło-wy, używając trzech bądź czterech radiowych strumieni transmitują-cych dane.Pierwszym standardem z rodzi-ny 802.11, wykorzystującym pasmo 5 GHz był, praktycznie nieużywany w Europie, 802.11a. Obecnie starszy sprzęt zgodny z 802.11n zastępowa-ny jest pracującymi jednocześnie na dwóch częstotliwościach, 2,4 GHz i 5 GHz, dwupasmowymi urządze-niami 802.11ac – standard ten osta-tecznie zatwierdzony został w 2014 r., jednak dopiero w 2018 r., gdy cena urządzeń istotnie spadła, zaczął się on upowszechniać. Jak można się do-myślić, pasmo 2,4 GHz pozostawiono w celu zachowania kompatybilności ze sprzętem 802.11n. Częstotliwość 5 GHz pozwala zaś na transmisję da-nych z bardzo dużą szybkością .Urządzenia 802.11ac pozwalają na jednoczesne korzystanie z ośmiu kanałów w trybie MIMO, co gwaran-tuje teoretyczną, maksymalną pręd-kość transmisji na poziomie 3,5 Gb/s (po 433 Mb/s na kanał). Oczywiście, w rzeczywistych warunkach przemy-słowych, podobnie jak i w innych, niż-szych standardach, nie da się uzyskać tak wysokiej teoretycznej prędkości maksymalnej, a jedynie ok. 50–60% prędkości teoretycznej. Nadchodzi Wi-Fi 6Najnowszym, wchodzącym dopiero na rynek standardem jest 802.11ax, który znany jest też jako Wi-Fi 6. Jest on, co prawda, bardzo zbliżony do standardu 802.11ac, ale zawiera kilka elementów, które w znaczący sposób poprawiają działanie zbudo-wanej na jego bazie bezprzewodo-REKLAMA68AUTOMATYKAPRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYwej, w tym przemysłowej sieci Wi-Fi. Wprowadzone ulepszenia pozwolą na osiągnięcie nominalnej przepusto-wości wynoszącej 10 Gb/s, co może mieć istotne znaczenie w wypadku kompleksowego wdrożenia w firmie procedur zgodnych z założeniami Przemysłu 4.0. Minimalna szybkość łą-cza przy wykorzystaniu jednego kana-łu radiowego wynosi tu 800 Mb/s. Co ważne, standard zapewnia niezakłó-coną transmisję i bardziej niezawodną obsługę wielu połączeń w środowisku o dużej liczbie użytkowników. Wpro-wadzono też automatyzację połączeń i transmisji danych z urządzeniami IoT.Nowa specyfikacja 802.11ax prze-widuje wykorzystanie, podobnie jak w standardzie 802.11ac dwóch do-stępnych publicznie pasm 2,4 GHz i 5 GHz, z tym, że do nawiązania szybkiej transmisji wykorzystywane będzie wyłącznie pasmo 5 GHz z sze-rokością kanału 80 MHz lub 160 MHz. W standardzie przewidziano również nizm STR (Simultaneous Transmit/Receive), technologię DSC (Dynamic Sensitivity Control), pomocną przy komunikacji z urzadzeniami IoT tech-nikę HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) oraz dynamiczne CCA (Clear Channel Assessment).Z punktu widzenia użytkownika, a zwłaszcza systemów automatyki przemysłowej, najistotniejsze jest to, że dzięki technologii SRT urządzenia mogą wysyłać i odbierać dane na tym samym kanale w tym samym cza-sie, co do tej pory nie było możliwe. Z kolei dynamiczne CCA odpowiada za wykrywanie innych sygnałów zgodnych ze specyfikacjami 802.11 i dynamicznie reaguje, podobnie jak sieć WirelessHART, na ruch w sieci tak, aby zapewnić zawsze popraw-ną transmisję. We wcześniejszych systemach Wi-Fi wykorzystywany był jedynie statyczny system CCA, który pozwalał tylko minimalizować liczbę kolizji pakietów, ale im nie zapobie-możliwość zmiany wykorzystywanych pasm podstawowych w zakresie od 1 GHz do 6 GHz, co pozwoli uniknąć zakłóceń, zwłaszcza w warunkach przemysłowych. Jednak trzeba pa-miętać, że z opcji można korzystać tylko tam, gdzie pozwalają na to obowiązujące przepisy telekomuni-kacyjne. Podobnie jak w przypadku 802.11ac, Wi-Fi 6 korzysta maksy-malnie z ośmiu strumieni MIMO, jednak w odróżnieniu od poprzed-nika, wprowadzono tu mechanizmy dynamicznego łączenia, w trakcie transmisji, kanałów i dynamicznej fragmentacji danych – w standar-dzie „ac” oba procesy odbywają się jedynie w sposób statyczny. W ten sposób zwiększono szybkość i nie-zawodność transmisji. W operacjach tych pomocne są nowe, niedostępne w poprzednim standardzie zaawan-sowane technologie bezprzewodowe. Chodzi tu przede wszystkim o mecha-REKLAMA23 - 24 października 2019Targi Techniki ŚwietlnejSalon Elektrotechniki PrzemysłowejLUMENexpoSalonElektrotechniki 1 - 3 października 2019Międzynarodowe Targi Obrabiarek,Narzędzi i Technologii ObróbkiSalon Automatyzacji dla AutomotiveTOOLEX dlaAutomotiveCentrum Targowo-Konferencyjnewww.toolex.plwww.lumenexpo.pl697-8/2019PRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYW 2017 r. specjaliści zajmujący się bezpieczeństwem znaleźli „dziurę” w zabezpieczeniu WPA2. Przeprowadzenie ataku, znanego obecnie pod nazwą KRACK – Key Reinstalla-tion AtaCKs, możliwe jest dzięki wykorzystaniu błędów znajdujących się bezpośrednio w samej architekturze protokołu transmisji danych. Oznacza to, że praktycznie każde urządzenie Wi-Fi jest na niego podatne. Co gorsza, w wyniku ataku możliwe jest nie tylko wykradanie danych, ale również ich modyfikowanie. Rozwiązaniem powyższego problemu może okazać się powszechne wprowadzenie nowego standardu WPA3, który powoli wchodzi na rynek. Standard ten nie tylko nie jest podatny na atak KRACK, ale przynosi szereg istotnych usprawnień bezpieczeństwa. Przede wszystkim protokół zabezpieczono przed off-linowymi, siłowymi, słownikowymi atakami typu brute force. Polegają one na wygenerowaniu wszystkich możliwych kluczy PSK. Klucze te generowane są off-linowo na podstawie przechwyconych wcześniej danych uwierzytelniających połączenie Wi-Fi między punktem dostępowym a urzą-dzeniem klienckim. Aby tego uniknąć, w WPA3 zmieniono sposób uwierzytelniania dołączających się do sieci Wi-Fi urządzeń, przez zastosowanie nowego protokołu uwierzytelniającego SAE (Simultaneous Authentication of Equals) opartego na haśle użytkownika, który zastąpi dotychczasowy mechanizm PSK. Dodatkowo zerwano również z kompatybilnością ze starymi protokołami transmisji, zrezygnowano z TKIP i wprowadzono nowy standard Easy Connect przeznaczony dla urządzeń IoT i IIoT, co jest istotne z punktu widzenia systemów automatyki przemysłowej.Jeśli chodzi o WPA3 Enterprise, to zaoferowano poprawę bezpieczeństwa komuni-kacji, dzięki zastosowaniu 192-bitowego klucza szyfrującego połączenie. Co ważne, zapewniono jednocześnie kompatybilność z obecnymi rozwiązaniami bazującymi na standardzie WPA2 Enterprise. STANDARD WPA3gał. W zatłoczonym eterze pakiety mu-siały więc być wysyłane powtórnie, co spowalniało transmisję.Systemy bezprzewodowe przyszłościOczywiście standard 802.11ax, to nie jedyne rozwiązanie technologiczne, nad którym pracują inżynierowie i firmy zrzeszone w organizacji IEEE. Obecnie trwa certyfikacja urządzeń, które kom-patybilne ze standardem Wi-Fi WGig 802.11ad. WiGig to skrót od zrzesze-nia producentów Wireless Gigabit Alliance, którzy rozpoczęli pracę nad tą technologią, a obecnie rozwiązanie to włączone zostało do specyfikacji IEEE. Technologia WiGig korzysta z mi-limetrowego pasma 60 GHz i pozwala na transmisję danych z szybkością do-chodząca do 7 Gb/s.Trzeba jednak pamiętać, że fale ra-diowe w paśmie milimetrowym mają odmienną propagację niż w paśmie 5 GHz, to dlatego technologia WiGig pozwala na ustanowienie bezprzewo-dowego połączenia na dystansie zale-dwie do 10 m. Standard ten świetnie radził sobie w dużych, mało zastawio-nych pomieszczeniach, a wśród głów-nych jego zastosowań wymienia się transmisję danych między drobnymi urządzeniami IIoT. Inną technologią, na którą war-to zwrócić uwagę z punktu widzenia systemów automatyki, jest zatwier-dzona w grudniu 2016 r. specyfikacja 802.11ah, która obejmuje łączność Wi-Fi w paśmie 900 MHz. Pozwala ona na bardzo dobrą, niezakłóconą komu-nikację przez mury czy inne przeszkody, ale jest stosunkowo wolna. Maksymal-na określona w specyfikacji prędkość to 347 Mb/s, dlatego też uważa się, że jest to alternatywa przede wszystkim dla energooszczędnego standardu Bluetooth, która pozwoli osiągnąć jed-nak znacznie większe zasięgi łączności, które nieograniczone są przeszkodami takimi jak mury czy meble. Jak można się domyślić, najważniejszym przewi-dywanym zastosowaniem standardu 802.11ah to komunikacja z urządze-niami automatyki przemysłowej, au-tomatyki domowej, różnego rodzaju sensorami, a także do łączności M2M (machine-to-machine). Sprzęt do zastosowań przemysłowychNa koniec warto poświęcić kilka słów na temat sprzętu Wi-Fi dostępnego na rynku do zastosowań przemysłowych. Pod względem rodzajów, funkcjonal-ności, bezpieczeństwa i sterowania nim, w niczym nie różni się od stan-dardowego sprzętu IT. Różnice wy-stępują natomiast w budowie i nie-zawodności.Pierwszą zauważalną różnicą są wykonane z metalu, solidne obudowy. Wynika to stąd, że sprzęt ten dostoso-wany jest do pracy w ciężkich warun-kach przemysłowych – wyższych lub niskich temperaturach (od –20 °C do +70 °C), dużej wilgotności (powyżej 60%) i zapyleniu. Musi więc spełniać normy IP dotyczące odporności na wilgoć, czy zalanie i pracę w dużym zapyleniu. Dostępne są też modele zgodne z restrykcyjnymi normami ATEX dotyczącymi pracy urządzeń w strefach zagrożonych wybuchem. Innym elementem rzucającym się w oczy jest dostosowanie urządzeń przemysłowych do montażu w szaf-kach sterowniczych na szynie DIN, czego nie spotyka się w standardo-wych urządzeniach IT. Często spotkać się też można z wyprowadzonymi dodatkowymi złączami cyfrowymi i analogowymi pozwalającymi np. podłączyć do routera czy punktu do-stępowego sygnalizację alarmową, np. syrenę, bądź spiąć go bezpośred-nio z czujnikiem temperatury, otwar-cia szafki czy sondą wilgotności.Warto też wspomnieć, że pod względem budowy wewnętrznej, urządzenia przemysłowe są znacz-nie bardziej odporne na zakłócenia elektromagnetyczne i elektryczne pochodzące z sieci energetycznej. Zbudowane są też na bazie najlep-szych komponentów przemysłowych i charakteryzują się optymalizacją do krótkich czasów oczekiwania nie-zbędnych w sieciach automatyki prze-mysłowej. Oczywiście sprzęt ten może też bez problemu pracować 24 godzi-ny na dobę przez siedem dni w tygo-dniu, nawet przy pełnym obciążeniu. 0,-1,-! / /.5+/5M /Next >