Mobilność – oto cecha, która coraz częściej charakteryzuje pracowników oraz zautomatyzowane maszyny i urządzenia we współczesnych zakładach produkcyjnych. Jakby tego było mało, przyrządy pomiarowe i elementy sterowania umieszcza się w coraz trudniej dostępnych lokalizacjach. Zmiany te stają się argumentem na rzecz stosowania sieci bezprzewodowej jako elementu kompleksowej infrastruktury sterowania i pozyskiwania informacji na terenie zakładu przemysłowego.
Dzięki postępom w technologii bezprzewodowej szybko powiększa się zakres aplikacji, w których może ona zostać z powodzeniem zastosowana, uzupełniając infrastrukturę kablową.
Obecnie dostępne, punktowe rozwiązania spełniają konkretne wymogi ograniczonej liczby aplikacji. Z kolei przedsiębiorstwa, które wybrały komercyjne rozwiązania radiowe pracujące w paśmie ISM, odnoszą się do wymagań stawianych przez użytkowane urządzenia przejezdne, ale jednocześnie blokują możliwość dostępu do informacji w systemach biurowych. Na dotarcie z oprzyrządowaniem do wcześniej niedostępnych obszarów w pewnych aplikacjach pozwalają łącza typu punkt-punkt lub rozwiązania do konkretnych aplikacji typu WirelessHART. Wszystkie te bezprzewodowe koncepcje sprawdzają się w niszowych aplikacjach, jednak nie stanowią jednolitej propozycji stawiającej na integrację systemów biurowych z zakładowymi.
Wkrótce jednak nastąpi techniczny przełom w dziedzinie standardów Wi-Fi, ponieważ przyjęcie standardu IEEE 802.11n (Wireless-N) umożliwi wprowadzanie rozwiązań dla szerokiej gamy aplikacji przedsiębiorstwa produkcyjnego.
Obecnie nowa specyfikacja jest testowana przez Rockwell Automation i Cisco pod kątem licznych potrzeb urządzeń automatyki przemysłowej wykorzystujących standardowe, niemodyfikowane specyfikacje Wi-Fi. Podobnie jak to miało miejsce w przypadku przewodowych sieci Ethernet, specyfikacja Wireless-N umożliwi szerokie zastosowanie w praktyce modułów we/wy sterowania i produkcji.
Pierwsze testy wykonane przez Rockwell Automation i Cisco dowodzą, że rozwiązania wykorzystujące standard Wireless-N zapewniają nadmiarowość, determinizm i szybkość odpowiednio do potrzeb pracowników mobilnych oraz komunikacji w czasie rzeczywistym między sterownikami i modułami we/wy.
Udoskonalenia specyfikacji Wireless-N w porównaniu z jej poprzedniczkami (802.11a/b/g) obejmują nie tylko znaczącą poprawę wydajności, ale także nowe funkcje. Należy do nich transmisja w dwóch pasmach częstotliwości, ponowienia komunikacji, wyższa czułość i lepsza odporność na odbicia (funkcja określana mianem MIMO – multiple input, multiple output – wiele wejść, wiele wyjść).
Standard Wireless-N zapewni szkielet podstawowej infrastruktury dla szerokiej gamy aplikacji w zakładzie produkcyjnym. Ponadto produkty oparte na tym standardzie będą uzupełniały systemy komunikacji dalekiego zasięgu w często stosowanej w aplikacjach SCADA technologii transmisji z wykorzystaniem protokołu IP na komercyjnej częstotliwości radiowej oraz kratowe sieci czujników małej mocy typu WirelessHART lub zgodne z najnowszą specyfikacją ISA100.11a. Produkty bazujące na standardzie Wireless-N będą również łatwo integrować się z tego rodzaju systemami.
Pojedyncza infrastruktura pomoże także we wprowadzaniu środków kontroli urządzeń przejezdnych i trudno dostępnych. Dzięki tego rodzaju środkom przedsiębiorstwa produkcyjne będą mogły ograniczyć złożoność systemów sterowania oraz liczbę ich komponentów, a także na bieżąco uzyskiwać dane na temat funkcjonowania całego zakładu.
Podobnie zastosowanie urządzeń bezprzewodowych w stacji uzdatniania wody byłoby efektywną odpowiedzią na wymogi kilku aplikacji. W zakładzie wykorzystującym sieci Wi-Fi i kratowe sieci bezprzewodowe technik konserwacji mógłby zdalnie skontrolować wskazanie przekaźnika poziomu przy ramieniu osadnika. Użycie bezprzewodowego czujnika eliminuje konieczność stosowania pierścieni ślizgowych i elastycznych kabli ethernetowych, co przekłada się na dłuższy okres sprawności oraz niższe koszty i mniejszą liczbę komponentów.
Poprzez zakładową sieć bezprzewodową technik konserwacji może jednocześnie uzyskać dostęp do przyrządu, serwera systemu zarządzania aktywami oraz Internetu. Korzystając z dostępu do sieci, pracownik może porównać pomiary i parametry konfiguracji z oczekiwanym poziomem wskazanym w zakładowej specyfikacji, a także z zaleceniami producenta na karcie katalogowej komponentu. Hybrydowa infrastruktura bezprzewodowa ułatwia dostarczanie technikom informacji niezbędnych do ustalenia najwłaściwszych działań.
Jest to zaledwie kilka przykładowych sposobów, w jakie zintegrowane technologie bezprzewodowe będą wykorzystywane w przedsiębiorstwach produkcyjnych, zapewniając dostęp do informacji i funkcje sterowania w czasie rzeczywistym. Jednakże o zastosowaniu technologii bezprzewodowej firmy powinny decydować w oparciu o wymogi dotyczące wydajności i konkretnych aplikacji.
Niezależnie od aplikacji czynnikiem o największym znaczeniu dla powodzenia przedsiębiorstwa będzie jednak odpowiedni projekt i sprawne wdrożenie infrastruktury sieciowej. Z drugiej strony odnalezienie specjalistów dysponujących najbardziej użyteczną wiedzą i doświadczeniem dla wielu użytkowników okazuje się poważnym wyzwaniem, szczególnie w pierwszych latach wdrożeń rozwiązań bezprzewodowych.
Wymogi dotyczące wydajności powinny obejmować takie zagadnienia, jak niezawodność, jakość usług oraz bezpieczeństwo. Kwestia niezawodności nie odnosi się tylko do dostarczania potrzebnych informacji w żądanym czasie. Niezawodność oznacza także możliwość dostosowania systemu do zmiennych potrzeb – od kilkusekundowej transmisji danych raz czy dwa razy w ciągu dnia po czas reakcji liczony w milisekundach w przypadku układów sterowania we/wy, z którymi wiąże się wymóg wysokiej jakości usług. Wymogi w zakresie wydajności powinny także odnosić się do kwestii bezpieczeństwa danych, zarówno z uwagi na zapewnienie zgodności z przepisami, jak i ochronę tajemnic handlowych.
Dzięki kontroli dostępu sieci bezprzewodowe mogą zapewniać ten sam lub wyższy poziom ochrony logicznej w porównaniu z poziomem fizycznej ochrony sieci kablowej.
Całościowe podejście do kwestii ochrony danych obejmuje także zabezpieczenie zakresu częstotliwości urządzeń sieciowych przed nieplanowym odbiorem czy zakłóceniami z nieznanych źródeł. Przygotowując infrastrukturę sieciową z uwzględnieniem perspektyw przyszłego rozwoju, przedsiębiorstwa dostosują ją do potrzeb planowej rozbudowy. Współczesna technika może sprostać wszystkim wymienionym wymogom wydajności dzięki metodologii projektowej opartej na najlepszych praktykach.
Już wkrótce firmy produkcyjne będą mogły wykorzystywać zintegrowaną sieć bezprzewodową w bardziej zróżnicowanej gamie aplikacji. Dzięki wysiłkom badawczo-rozwojowym dostawcy produktów nieustannie poszerzają zakres zastosowania omawianej technologii o nowe aplikacje.
Innowacyjność oferentów zaowocuje w końcu wdrażaniem w przedsiębiorstwach produkcyjnych zintegrowanego rozwiązania sieciowego, łączącego technologie przewodowe i bezprzewodowe oraz systemy zakładowe i biurowe. Standard Wireless-N stanie się integralną częścią ujednoliconej, kompletnej infrastruktury sieciowej, niezbędnej dla producentów, którzy chcą zwiększać wyniki biznesowe, rozwijać elastyczność oraz usprawniać dostęp do informacji.
Cliff Whitehead, kierownik ds. aplikacji strategicznych, Paul Brooks, kierownik rozwoju biznesu, Rockwell Automation
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka
Autor: Peter Welander
