Необходимость внедрения беспроводных сетей в автоматизацию производства вызвано повышением возможностей предприятий, таких как систематизация процессов, повышение производительности, экономия энергоресурсов, безопасность, круглосуточный и бесперебойный режим работы. Количество предприятий, интегрирующих беспроводные сети в уже существующие локальные сети, увеличивается. Для выполнения специфических задач, осуществляется подбор необходимого стандарта связи, что позволяет предприятию выполнять ранее недоступные для производства специализированные задачи.
Ключевые слова: стандарт связи, беспроводная сеть, топология сети, скорость передачи данных, помехоустойчивость, радиус действия.
Введение
Применение сетей на производстве, связано с повышением эффективности работы предприятия, внедрением автоматизированных агрегатов, устройств контроля производства, управлением освещения, климатом в помещении. В основном, для автоматизации предприятий используют кабельные сети, из-за надёжности передачи данных. Но существуют ситуации, когда применение кабельных сетей для автоматизации предприятия не рационально.
Основными условиями для применения беспроводных сетей на промышленных предприятиях являются:
Условие, при котором подключение кабелем невозможно из-за постоянного передвижения объекта в пространстве (перемещение рабочих, грузов и т. д.).
Условия, при которых не нарушается работа предприятия, соблюдается безопасность работы предприятия и технологических процессов производства (опасные объекты).
Выбор стандарта
Перед выбором конкретной технологии передачи данных по радиоканалу, нужно определиться с условиями эксплуатации, задачами, стоящими перед беспроводной сетью.
Самым распространённым видом сети на предприятиях является сеть Ethernet. Проводная сеть Ethernet значительно расширяет возможности предприятий благодаря универсальности и простоте коммутации. Такая сеть поддерживает большинство протоколов для передачи данных, и объединяет системы контроля управления доступом на предприятии, сети пожарной/охранной безопасности предприятия и т. п. Поскольку применение данной сети на предприятиях получило широкое распространение, то это означает, что беспроводная сеть должна с лёгкостью интегрироваться в Ethernet.
Наибольшее распространение в автоматизации предприятий получили следующие типы стандартов связи:
- IEEE 802.15.1 — ZigBee (WPAN)
- IEEE 802.11 — Wi-Fi (WLAN)
Рассмотрим их более подробно.
Стандарт IEEE 802.15.1— ZigBee (WPAN)
Главной особенностью стандарта сети ZigBee является самоорганизация ячеистой (mesh) топологии сети с возможностью самовосстановления, ретрансляцией сообщений и маршрутизацией пакетов. Данные в такой сети передаются от узла к узлу, до тех пор, пока не достигнут получателя, а возможность самовосстановления сети позволяет прокладывать новые маршруты передачи данных при выходе из строя одного из узлов связи.
Скорость передачи стандарта в зависимости от загрузки сети и ретрансляции сообщений составляет от 5 до 250 Кбит/с., а радиус действия от 10 до 100 и более метров (в зависимости от передатчика), так же за счёт ретрансляции в ячеистой сети, данные можно передавать на большие расстояния. Согласно данным сертификации ZigBee, низкое энергопотребление позволяет работать каждому узлу связи до двух лет на собственных батареях Максимальное количество узлов в сети 65000.
Такие характеристики определяют применение беспроводной сети стандарта ZigBee в более сложных условиях, таких как: контроль пожаробезопасности на территории предприятия, охрана периметра, контроль утечки вредных веществ, управление энергетическими установками, электронными задвижками, воротами. [3]
Стандарт IEEE 802.11— Wi-Fi (WLAN)
Стандарт работает в частотном диапазоне 2.4 и 5 ГГц со скоростями от 1 до 600 Мбит/с. Радиус действия, в среднем до 100 м. по прямой видимости. Максимальное количество одновременно подключенных к точке доступа клиентов — до 127. Для автоматизации сетей предприятия обычно используется режим «Infrastructure», позволяющий подключить к одной точке доступа WiFi большое количество клиентских устройств. В отличие от стандарта ZigBee, Wi-Fi устройства требуют внешний источник питания. Это связано с большей мощностью передатчика и большой скоростью передачи данных.
Клиентские Wi-Fi устройства при автоматизации, в основном используют стандарты передачи данных IEEE 802.11 a/b/g на частоте 2.4 ГГц, со скоростями от 1 до 54 Мбит/с. Эти стандарты позволяют передавать информацию по радиоканалу с большой скоростью, и в зависимости от расстояния от точки доступа до клиентского устройства регулировать скорость передачи данных. [1]
Значительное преимущество перед стандартом ZigBee — высокая скорость передачи данных, что позволяет не только управлять устройствами, но и осуществлять передачу изображения в реальном времени. Так же к сети Wi-Fi можно подключать системы безопасности предприятия, и системы контроля управления доступом на предприятие.
Заключение
Вышеперечисленные стандарты хорошо интегрируются в компьютерные сети и обладают собственными, уникальными характеристиками, пригодными для применения в автоматизации предприятий. В зависимости от потребностей предприятия можно выбрать стандарт связи наиболее удовлетворяющий технологическому процессу, таким образом получить возможность автоматизации ранее недоступных для централизованного управления, агрегатов предприятия, а так же сэкономить на энергетических затратах и повысить эффективность предприятия в целом.
Литература:
- Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М.: Горячая линия-Телеком, 2009. — 608 с.
- Рекомендация МСЭ-RP.1238–7 Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования для планирования систем радиосвязи внутри помещений и локальных зоновых радиосетей в частотном диапазоне 900 МГц — 100 ГГц, 2015
- Байчаров С. Выбор технологии беспроводного обмена данными для решения задач автоматизации систем жизнеобеспечения офисно-производственных помещений // Беспроводные технологии. — 2007. — № 2.
