Bezprzewodowa transmisja danych w transporcie mobilnym
Transport mobilny w sektorze przemysłowym nie jest niczym nowym. Wizualizując obraz w oparciu o hasło „zakład przemysłowy”, większość z nas zapewne pomyślałaby o złożonych procesach produkcyjnych, ale także o procesach logistycznych. W tych ostatnich nieodzownym elementem są bardzo często wózki widłowe odpowiedzialne za transport wyrobów. Stosowanie tradycyjnych wózków widłowych w obszarze produkcji oraz magazynów ma jednak swoje wady. Należą do nich m.in. powtarzające się problemy z bezpieczeństwem pracy czy brak danych pozwalających na dalszą analizę realizowanych procesów i ich optymalizację.
W ostatnich latach coraz silniej rozwijanym rozwiązaniem są autonomiczne pojazdy – wózki AGV (Automated Guided Vehicle). Najczęściej są wykorzystywane do transportowania produktów za nimi lub na nich. W ostatnim czasie pojawiają się także kombinacje, w których wózki AGV są wyposażane w roboty współpracujące, dzięki czemu mogą wykonywać jeszcze bardziej złożone zadania. Do zalet AGV możemy zaliczyć bezpieczeństwo pracy, możliwość bezprzerwowej pracy 24/7, wysoką wydajność, powtarzalność operacji, a także wykluczenie ludzkich pomyłek.
Komunikacja i wymiana danych z pojazdami AGV najczęściej jest realizowana przez wykorzystywanie transmisji bezprzewodowej Wi-Fi. Zapewnienie komunikacji między wózkami a systemami nadzoru często wymaga odpowiedniego przystosowania zarówno samych urządzeń, jak i infrastruktury sieciowej obiektu.
Do najczęściej spotykanych problemów w tym obszarze możemy zaliczyć:
- utratę sygnału z urządzeniami stale poruszającymi się po obiekcie,
- problem z zapewnieniem wymiany danych między urządzeniami wykorzystującymi protokół przemysłowy Profinet,
- konflikt adresacji IP,
- brak odpowiednich narzędzi do monitorowania i zarządzania siecią.
Rys. 1. Turbo Roaming pozwala na szybkie przełączanie się ruchomego urządzenia typu Client między poszczególnymi punktami dostępowymi w czasie krótszym niż 150 ms
Niezawodna transmisja danych – Turbo Roaming
Urządzenia będące w ciągłym ruchu są narażone na utratę sygnału. W przypadku wystąpienia takiego zdarzenia odbudowanie połączenia może trwać kilka sekund, co w środowisku przemysłowym często jest niewystarczające. Rozwiązaniem problemu jest wyposażenie wózków AGV w urządzenia obsługujące technologię Turbo Roaming, która zapewnia przełączanie między kolejnymi punktami dostępu Wi-Fi w czasie do 150 ms (rys. 1).
Przełączanie między Access Pointami odbywa się na podstawie porównania mocy sygnału. Zastosowanie tej technologii pozwala znacznie dokładniej sterować obiektami w ruchu czy przesyłać dane z kamer wideo umieszczonych na pojeździe. Mechanizm Turbo Roaming gwarantuje zachowanie płynnego obrazu przy przesyłaniu sygnału wideo z ruchomego pojazdu. Istotną zaletą rozwiązania jest to, iż użytkownik nie ingeruje w infrastrukturę – konfiguracja dotyczy jedynie urządzeń pracujących jako Client.
Profinet w sieci Wi-Fi
W przypadku komunikacji opartej na protokole Profinet urządzenia pracujące jako Client mają jeden mankament. Wysyłając ramkę danych, nie przekazują adresu MAC urządzenia podłączonego do portu LAN. Wysyłany jest natomiast adres MAC urządzenia typu Client Wi-Fi, co przedstawia rys. 2.
Profinet Controller, analizując ruch, nie rozpoznaje takiej ramki danych, ponieważ adres źródłowy nie należy do urządzenia Profinet Device. Problem ten można rozwiązać, uaktywniając funkcję MAC Clone (na urządzeniach pracujących w trybie Client). Aktywacja funkcji MAC Clone pozwala urządzeniu AWK firmy MOXA, pracującemu w trybie Client, zamienić jego własny adres MAC na adres MAC urządzenia Profinet podłączonego do portu LAN.
Podobnie jak w przypadku Turbo Roaming, dużą zaletą wspomnianego rozwiązania jest niezależność od modelu AP. Oznacza to, że nie są wymagane Access Pointy firmy MOXA, aby funkcja MAC Clone działała poprawnie. Mechanizm jest konfigurowany na urządzeniu typu Client.
Rys. 2. Zobrazowanie wysyłania ramki danych z adresem MAC niezrozumiałym dla urządzenia typu Profinet Controller
Konflikt adresów IP
Z problemem adresacji IP najczęściej spotykają się integratorzy oraz producenci wózków. Dany model wózka może być wyposażony w kilka adresowalnych urządzeń, jak np. sterowniki PLC, co przy dużym zagęszczeniu wózków na obiekcie może generować wyzwanie w zakresie konfiguracji i integracji systemu. Przeznaczone do systemów Wi-Fi urządzenia MOXA (np. model AWK-1137C) zostały wyposażone w funkcję NAT, która umożliwia duplikowanie set-upu danego wózka bez martwienia się o konflikt adresów IP. Idea polega na nadaniu adresu IP urządzenia od strony WAN i translacji adresów urządzeń podłączonych od strony LAN. Tym samym każdy z wózków dla urządzeń od strony LAN może mieć zachowaną tę samą adresację (rys. 3).
Rys. 3. Funkcja NAT na przykładzie urządzenia MOXA AWK-1137C
Monitoring i zarządzanie
Dobranie odpowiednich parametrów, zapewniających niezawodną wymianę danych między urządzeniami z wykorzystaniem bezprzewodowych sieci Wi-Fi, można zaliczyć do procesów pracochłonnych i czasochłonnych. Należy pamiętać, że mamy do czynienia z sygnałami radiowymi. W przypadku drobnych modernizacji, jak np. dołożenie kolejnych urządzeń bezprzewodowych czy postawienie nowych konstrukcji fizycznych (np. metalowych regałów) może to prowadzić do zakłócenia prawidłowo działającej infrastruktury. Dlatego przy wdrożeniu większej liczby urządzeń sieciowych warto zadbać również o odpowiednie narzędzia pomagające w monitorowaniu ich pracy. W przypadku wystąpienia problemów sieciowych mogą one okazać się kluczowe dla znalezienia przyczyny. Mając to na uwadze, producent MOXA wprowadził na rynek MXview Wireless – nakładkę na dobrze znane oprogramowanie MXview (będącego częścią pakietu MXstudio), przeznaczoną do obsługi urządzeń bezprzewodowych Wi-Fi. Rozwiązanie pozwala użytkownikom m.in. na centralne zarządzanie infrastrukturą, informowanie o wózkach przemieszczających się między AP, rejestrację sygnałów w formie wykresów, wizualizację sieci w formie graficznej, informowanie o występujących zdarzeniach w formie powiadomień e-mail, teams i wiele innych (rys. 4).
Rys. 4. Oprogramowanie MXview Wireless do monitorowania i nadzorowania pracy urządzeń oraz sieci
Podsumowanie
Pojazdy autonomiczne odgrywają ważną rolę w logistyce wewnętrznej, umożliwiając bezpieczne przemieszczanie towarów w różne miejsca magazynu. Tym samym optymalizują działania transportowe. W połączeniu z innymi urządzeniami mogą tworzyć rozbudowane rozwiązania charakteryzujące się wysoką wydajnością i złożonością wykonywanych zadań. Przedsiębiorstwa dążą do eliminacji zbędnych czynności także w zakresie niepotrzebnych ruchów magazynowych, a stosowanie wspomnianych wózków w procesach logistycznych z pewnością może pomóc w osiągnięciu tego celu.
W obszarze wymiany danych z wózkami AGV uwidaczniają się obecnie wyzwania, które staraliśmy się przedstawić w tym artykule. W pierwszej kolejności musimy wiedzieć, jakie dane są przesyłane w naszej sieci i na ile są one krytyczne w odniesieniu do działania całego systemu. W standardowych aplikacjach komunikacji bezprzewodowej utrata części danych, np. w wyniku chwilowej przerwy w łączności, może być akceptowana. Jednak w przemyśle najczęściej nie jest to tolerowane, m.in. ze względów bezpieczeństwa. To sprawia, że jednym z najczęstszych i najważniejszych wyzwań jest zapewnienie stabilnej komunikacji z pojazdami. Nie należy również zapominać o wdrożeniu odpowiednich narzędzi pozwalających monitorować ich pracę. Mając na uwadze powyższe, należy korzystać z takich urządzeń, które sprostają trudnym wymaganiom, a urządzenia MOXA niewątpliwie idealnie sprawdzają się w aplikacjach przemysłowych. Więcej na temat opisanych zagadnień można dowiedzieć się, pisząc na adres moxa@elmark.com.pl.
Rys. 5. Portfolio bezprzewodowych urządzeń Wi-Fi firmy MOXA
ELMARK AUTOMATYKA SA
ul. Bukowińska 22 lok. 1B, 02-703 Warszawa
e-mail: moxa@elmark.com.pl
www.elmark.com.pl, www.moxa.elmark.com.pl
source: Automatyka 7-8/2021