sWave.NET: bezprzewodowe czujniki i łączniki pracujące w sieci

Fot. 1. Nowy router RF RxT SW...-NET

Rynek podzielony jest przy tym na cztery główne segmenty, zależnie od wykorzystywanej technologii. Dominuje GSM, na dalszych miejscach lokuje się Wi-Fi, ISM i wreszcie technologia radiomodemowa. Pojawiają się jednak dwa pytania: dlaczego niemal pomijany jest temat bezprzewodowych, samowystarczalnych czujników i łączników mechanicznych?

I czy "bezprzewodowy" znaczy rzeczywiście "pozbawiony przewodów"? Szybki rzut oka na dowolny system radiowy pozbawia złudzeń - nadajniki, modemy, routery i szereg innych podzespołów nadal wymaga zewnętrznego zasilania. A to oznacza, że wciąż konieczne jest stosowanie linii kablowych, mimo że nie znajdziemy już w nich przewodów sygnałowych. Ale i tutaj pojawiają się zmiany.

Blisko 10 lat temu na rynku pojawiły się pierwsze urządzenia radiowe czerpiące energię z otoczenia (energy harvesting) - czy to za pośrednictwem ogniw słonecznych, czy też miniaturowych generatorów, konwertujących energię kinetyczną na elektryczną, wykorzystywaną następnie do transmisji radiowej.

Sama transmisja odbywała się dzięki technologii EnOcean, która miała gwarantować bardzo niskie zapotrzebowaniem na energię i pewność przesyłu sygnałów. W praktyce firmy zaangażowane w projekt z czasem odchodziły od wykorzystania tego typu rozwiązań lub wypracowały samodzielnie nowe, o znacznie lepszych parametrach i większych możliwościach wykorzystania w przemyśle.

Rys. 1. Regał systemu Kanban z nadajnikami bezprzewodowymi

W tej chwili bezprzewodowe (w pełnym tego słowa znaczeniu) łączniki czy czujniki spotyka się coraz częściej w instalacjach przemysłowych, gdzie są chętnie wykorzystywane ze względu na łatwość i szybkość montażu, a także bezproblemową eksploatację. Pozwalają też na wyeliminowanie często stosowanych w maszynach komponentów podatnych na zużycie, takich jak prowadniki kablowe czy pierścienie ślizgowe i szczotki.

Obecnie radiowe produkty tego typu oferuje kilku producentów, przy czym nie są one w żaden sposób zunifikowane pod względem wykorzystywanej technologii przesyłu danych czy metody zasilania. Na czoło wysuwa się jednak coraz wyraźniej technologia sWave 868/915 MHz firmy steute, która w połączeniu z innowacyjnym systemem sieciowym sWave.NET oferuje bardzo dużą elastyczność aplikacyjną.

Jaka główna idea przyświecała w tym przypadku konstruktorom? Chodziło o stworzenie sieci bezprzewodowej, za pośrednictwem której przesyłane byłyby sygnały sterujące pochodzące z radiowej aparatury łączeniowej (łączników, czujników, przycisków i terminali zasilanych generatorami lub długowiecznymi bateriami) do jednego lub większej liczby routerów. Jednocześnie wyeliminowana miała zostać dotychczasowa, tradycyjna topologia sieci, oparta na połączeniach "point-to-point" pomiędzy łącznikami czy czujnikami a odbiornikami radiowymi.

Fot. 2. Radiowe łączniki pozycyjne serii RF 96

W sieci sWave.NET wykorzystywane są obecnie nowo zaprojektowane punkty dostępowe pełniące funkcję routerów (fot. 1). Są one instalowane na obszarze objętym zasięgiem transmisji radiowej aparatury łączeniowej, z którą mają się komunikować. Z poziomu jednego punktu dostępowego może być administrowanych około 100 urządzeń radiowych.

Jeśli konieczne jest zastosowanie większej liczby czujników czy łączników, możliwe jest zastosowanie dodatkowych punktów dostępu. Sygnał z nadajnika dociera do odbiorników w określonym porządku. Jeśli transmisja do pierwszego punktu dostępowego nie powiedzie się, jest ona kierowana do kolejnego punktu i tak dalej. Gwarantuje to bardzo dużą niezawodność transmisji.

Routery zbierają wszystkie informacje np. z hali produkcyjnej i następnie przesyłają je dalej, w formie pakietów, do platformy informatycznej klienta. Wykorzystuje się tutaj sieć Ethernet lub Wi-Fi. Rozwiązanie takie pozwala na ciągłą komunikację od pojedynczego czujnika czy łącznika do systemów znajdujących się na samym szczycie firmowej hierarchii informatycznej.

Bardzo ciekawym zastosowaniem łączników bezprzewodowych powiązanych z siecią sWave.NET jest ich wykorzystanie w systemie "wireless Kanban" do kontroli obecności na regałach lub automatycznych podajnikach zasobników z częściami wykorzystywanymi na linii montażowej, np. w przemyśle motoryzacyjnym (rys. 1). Co niezwykle istotne, regały te mogą być w każdej chwili dowolnie przemieszczane lub rekonfigurowane, ponieważ zastosowane urządzenia bezprzewodowe nie korzystają z zewnętrznych źródeł zasilania.

Fot. 3. Bezprzewodowe przyciski systemu Andon

Nie ma tu więc żadnego okablowania. Łącznik pozycyjny (fot. 2) lub czujnik optyczny wykrywa brak zasobnika i przesyła natychmiast sygnał radiowy uruchamiający procedurę dostarczenia elementów brakujących do montażu. Informatyczny system zarządzania produkcją jest w stanie określić na podstawie otrzymywanych sygnałów, jakich elementów i w jakim konkretnie miejscu w zakładzie zabrakło.

W przypadku gdy dane komponenty osiągają zbyt niski poziom w magazynie centralnym, system jest w stanie całkowicie automatycznie lub półautomatycznie wysłać zamówienie do poddostawcy - stąd już tylko krok do organizacji pracy w znanym z Japonii systemie dostaw just-in-time.

Urządzenia radiowe mogą być też z powodzeniem używane do komunikacji między pojazdami samobieżnymi (AGV) a otoczeniem (np. drzwiami i bramami automatycznymi, systemami przywoławczymi). Bardzo ciekawym obszarem wykorzystania urządzeń radiowych są też systemy Andon.

Fot. 4. Bezprzewodowy terminal systemu Andon z wyświetlaczem

Tutaj mogą być wykorzystane do komunikacji między pracownikami przy taśmie produkcyjnej a kierownikami produkcji (choćby do przesyłania informacji o awarii), z wykorzystaniem np. bezprzewodowych przycisków (fot. 3) czy terminali wyposażonych w wyświetlacz (fot. 4). W tym ostatnim przypadku możliwe jest też przesyłanie informacji tekstowych na stanowisko robocze - pojawiają się one na wyświetlaczu.

Przykładowy schemat kompletnego systemu zarządzania produkcją zaprezentowany jest na rysunku 2. Na samym dole hierarchii znajdują się elementy wykonawcze (piloty ręczne, czujniki magnetyczne bądź indukcyjne, kasety sterownicze, łączniki krańcowe, terminale), komunikujące się z routerami. Te z kolei, wykorzystując sieć Ethernet bądź połączenie Wi-Fi, komunikują się z serwerami wykorzystywanymi przez służby utrzymania ruchu i/lub magazynowe.

Rys. 2. Topologia systemu bezprzewodowego sWave.NET

Pracownicy mogą zdalnie lub osobiście usunąć usterkę, wysłać niezbędne części zamienne czy poinformować o zdarzeniu firmę zewnętrzną. Na szczycie hierarchii stoi serwer z oprogramowaniem IMS, sprawujący nadzór nad zamawianiem i przepływem części służących do produkcji oraz dystrybucją gotowych produktów. Jak widać, system sWave.NET zapewnia realną i efektywną integrację aparatury łączeniowej z systemami IT przedsiębiorstwa, usprawniając tym samym procesy serwisowe i logistyczne.

sWave.NET stanowi logiczny krok w kierunku łatwej integracji coraz popularniejszej, w pełni bezprzewodowej aparatury łączeniowej z informatycznym środowiskiem przemysłowym. Customizowane rozwiązania sieciowe zapewniają nowe możliwości wymiany informacji i danych między różnymi aplikacjami i pracownikami, nie tylko na poziomie lokalnym. Nie ma tutaj szczególnie wysokich wymagań wdrożeniowych - system bardzo łatwo integruje się z istniejącą infrastrukturą IT.

Technologia sWave.NET pokazuje swoje nowe możliwości szczególnie w środowisku przemysłowym tworzonym w oparciu o założenia idei "Przemysł 4.0". Ciągły przepływ informacji jest wstępnym, i kluczowym zarazem, warunkiem efektywnego kosztowo, półautomatycznego wytwarzania skomplikowanych produktów, nawet w krótkich seriach.

steute Polska
www.steute.pl