Jedną z podstawowych kwestii, jakie bierze się pod uwagę przy planowaniu przemysłowej sieci bezprzewodowej [Uwaga: sieci i techniki oparte na urządzeniach radiowych powinno się określać mianem „radiowych”, ponieważ określenie „sieci bezprzewodowe” jest pojęciem szerszym, obejmującym wszystkie systemy komunikacji bezprzewodowej w zakresie fal radiowych, podczerwieni, światła widzialnego i innych – przyp. red.], jest jej zakres i poziom zaawansowania. W wielu przypadkach proste cele, jak komunikacja z pojedynczym zdalnym obiektem, można osiągnąć w sposób prosty i łatwy do wdrożenia bez użycia przewodów.
Inną ważną sprawą jest powiązanie w sieci dużej liczby urządzeń o krytycznym znaczeniu dla procesu wraz z systemami niezbędnymi do zwiększenia efektywności zakładu oraz spełnienia wymogów prawnych. Jednym z aspektów do rozważenia jest topologia planowanej sieci bezprzewodowej.
Ogólnie rzecz biorąc, topologia sieci danych – przewodowej czy bezprzewodowej – opisuje strukturę lub lokalizację urządzeń służących do przesyłania danych. Może ona szczegółowo określać fizyczną i logiczną mapę rozmieszczenia i komunikowania się różnych inteligentnych urządzeń, rodzajowo określanych mianem węzłów. W sieci przewodowej topologię częściowo determinuje lokalizacja poszczególnych węzłów oraz obecność i rodzaj składników sieciowych. W przypadku sieci bezprzewodowych topologia może być pochodną wielu czynników, w tym zastosowanej techniki przesyłania sygnału radiowego, logicznej charakterystyki składników sieci, geograficznego rozmieszczenia i odległości między węzłami, a także protokołów obsługiwanych przez planowane do użytku urządzenia bezprzewodowe.
Połączenie dwupunktowe
Typowe wczesne wdrożenia techniki bezprzewodowej w zastosowaniach przemysłowych dotyczyły prostych aplikacji monitorowania, w których przewód lub kabel zastępowano połączeniem bezprzewodowym. Stosowano je, gdy istniała potrzeba skomunikowania dwóch urządzeń zlokalizowanych w odległości, która sprawiała, że poprowadzenie kabla było niemożliwe lub co najmniej nieopłacalne.
Przewodowym odpowiednikiem takiego połączenia jest okablowanie z sygnałem 4-20 mA lub w standardzie RS-232. W tym przykładzie jedno stacjonarne urządzenie, jak przetwornik przepływu lub poziomu, łączy się z miejscem, w którym zlokalizowano funkcje sterowania lub monitorowania. Jest to prosta implementacja techniki bezprzewodowej – szybka i łatwa do realizacji w przestrzeni przemysłowej oraz zapewniająca znaczące oszczędności, jeśli weźmie się pod uwagę spore koszty okablowania i kanałów kablowych w pewnych środowiskach przemysłowych.
Połączenie typu gwiazda/punkt do wielu punktów
Dla uproszczenia bardziej zaawansowanych aplikacji, takich jak system kontroli i pozyskiwania danych (SCADA), zazwyczaj stosuje się sieć bezprzewodową o konfiguracji typu punkt do wielu punktów/gwiazda. W jej klasycznej wersji centralną pozycję w topologii zajmuje bezprzewodowy „punkt dostępu” (master), który na zasadzie odpytywania zarządza przesyłaniem informacji do siebie ze zdalnych lokalizacji.
Tego rodzaju konfigurację urządzenia głównego/podrzędnego (master/slave) do komunikowania się ze zdalnymi lokalizacjami wykorzystuje wiele tradycyjnych instalacji SCADA, w który technika bezprzewodowa pełni funkcję rozwiązania telemetrycznego. Implementację tę można przyrównać do przewodowej sieci magistralowej standardu RS-485. W nowocześniejszych sieciach bezprzewodowych typu Ethernet, takich jak te oparte na branżowych standardach IEEE 802.11a/b/g, często spotykanym rozwiązaniem jest zastosowanie topologii gwiazdy z elementem typu master – określanym wówczas mianem punktu dostępu – oraz urządzeniami podrzędnymi – klientami.
Wtórnik (repeater, repeter)
Sieci bezprzewodowe często wyposaża się we wtórniki, pozwalające objąć zasięgiem sieci obszary, które są zbyt odległe do nawiązania pojedynczego połączenia radiowego (wykonania przez dane pojedynczego „skoku”) albo do których sygnał radiowy nie dociera ze względów geograficznych lub z powodu fizycznych przeszkód.
Sieć kratowa
Najnowszą topologią, często dyskutowaną na rynku przemysłowych rozwiązań sieciowych, jest sieć kratowa. W jej pełnym wcieleniu każdy węzeł funkcjonuje jako zarówno urządzenie końcowe, jak i urządzenie do przekazywania danych (lub jako wtórnik). Zapewnia ona nawiązywanie samonaprawiających się, ciągłych połączeń oraz ich rekonfigurację z pominięciem uszkodzonych lub zablokowanych ścieżek poprzez „przerzucanie” danych między kolejnymi węzłami do momentu, aż dotrą one do docelowej lokalizacji.
W przypadku utraty węzła w przemysłowej sieci WLAN standardu 802.11 sieć potrafi samodzielnie „naprawić się” poprzez przekierowanie przepływu danych ze ścieżki uszkodzonej do zamkniętej. Takiej funkcji sieci kratowej nie przewidują jednak wszystkie specyfikacje sieci WLAN.
W bezprzewodowych sieciach czujników (WSN – wireless sensor network) szeroko wykorzystuje się rozwiązania oparte na standardzie IEEE 802.15.4, jak WirelessHART i rozwijane standardy ISA100. W przypadku bezprzewodowej sieci czujników szczególny nacisk kładzie się na oszczędne gospodarowanie energią, co powoduje, że w projektach sieci przewiduje się zazwyczaj urządzenia o niskim poborze mocy. Jednak wobec konieczności pogodzenia niskiego poboru mocy oraz niezawodnej komunikacji mimo fizycznych przeszkód znajdujących się w zakładach przemysłowych technika ta musi zapewniać możliwość tego rodzaju trasowania danych między węzłami sieci.
Patrick McCurdy jest dyrektorem ds. marketingu produktów serii INTERFACE w firmie Phoenix Contact
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka
Nadajniki Emerson Rosemount w sieci kratowej zainstalowanej w elektrowni Kingsnorth (Wielka Brytania) należącej do E.ON umożliwiają dostęp do danych związanych z przepływem wody zbieranych z czujników ultradźwiękowych
źródło: Emerson Process Management
Autor: Patrick McCurdy
