wersja mobilna
Online: 450 Sobota, 2016.12.10

Raporty

Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle

środa, 21 marca 2012 10:36

Telemetria, zdalna kontrola pracy urządzeń i instalacji, wymiana danych z rozproszonymi systemami pomiarowymi - w coraz większej liczbie tego typu aplikacji kluczowa jest możliwość komunikacji bezprzewodowej. Ta ostatnia rozwija się od kilku lat bardzo dynamicznie nie tylko w przemyśle - popularyzuje się także w branży logistycznej, wodno-kanalizacyjnej, energetyce i różnorodnych aplikacjach infrastrukturalnych. Firmy wykorzystują przy tym szeroką gamę rozwiązań - od systemów transmisji danych w popularnych sieciach lokalnych, poprzez technologie specjalizowane dla przemysłu, do sieci komórkowych i radiomodemowych. W nowej edycji raportu poświęconego tytułowej tematyce przedstawiamy krajowych dostawców urządzeń bezprzewodowych, omawiamy najważniejsze w przemyśle technologie komunikacyjne i wskazujemy na bieżące trendy rynkowe.

Spis treści » M2M napędza rynek
» Najpopularniejsze technologie
» Komunikacja w sieciach GSM
» Radiomodemy uzupełniają ofertę
» Niewielkie odległości, czyli od Wi-Fi
» Do ZigBee
» Przemysł procesowy wymaga specjalizacji
» Dobra cena i parametry
» Duża liczba dostawców
» I reprezentowanych marek
» Rynek w liczbach i spojrzenie w przyszłość
» Pokaż wszystko
M2M NAPĘDZA RYNEK

Rys. 1. Najpopularniejsze zastosowania omawianych w raporcie modułów M2M i urządzeń do komunikacji bezprzewodowej

Bezprzewodowa wymiana danych między maszynami (M2M, Machine-to-Machine) to obecnie szybko zmieniająca się dziedzina techniki i jednocześnie rozwojowy obszar rynku. Obejmuje ona szeroką gamę rozwiązań komunikacyjnych wykorzystywanych w aplikacjach telemetrycznych, systemach monitoringu, zdalnego sterowania i pomiarowych.

Ich zastosowania dotyczą przy tym wielu branż, w tym typowo przemysłowej (kontrola pracy urządzeń, przesyłanie danych pomiarowych, sterowanie, monitorowanie parametrów w procesach produkcyjnych), ochrony środowiska (wymiana danych w systemach rozproszonych - np. instalacjach wodociągowo-kanalizacyjnych), magazynowej (kontrola klimatu, nadzór obiektów), transportowej i logistycznej.

Ważnymi zastosowaniami urządzeń bezprzewodowych są też aplikacje w energetyce - np. monitoring podstacji energetycznych, użycie w energetyce odnawialnej i przede wszystkim zdalny odczyt liczników energii. Coraz powszechniejsze staje się wykorzystanie różnego rodzaju modułów M2M w budownictwie i obiektach infrastrukturalnych.

Systemy GSM stosowane są także w aplikacjach alarmowych i nadzoru różnych obiektów oraz w handlu i usługach. Oczywiście bezprzewodowe sieci przemysłowe to nie tylko komunikacja typu M2M. W wielu przypadkach, szczególnie w zakresie transmisji na niewielkie odległości, transmisję taką wykorzystują użytkownicy - np. personel obsługi technicznej.

Tworząc raport, zapytaliśmy polskich dostawców o najczęstsze zastosowania modułów i urządzeń do komunikacji bezprzewodowej. Wyniki dla obydwu grup produktów były dosyć podobne, przez co zostały zestawione w postaci jednego wykresu (patrz rys. 1). Wiodącymi obszarami są tutaj te związane z telemetrią, zdalnym monitoringiem oraz diagnostyką urządzeń, instalacji i różnych obiektów.

Dotyczy to przede wszystkim szeroko rozumianego przemysłu. Komunikacja bezprzewodowa jest istotna w instalacjach nadzoru oraz w sterowaniu pracą systemów. Do branż będących istotnymi odbiorcami urządzeń komunikacyjnych należą sektor wodno- kanalizacyjny, transportowy oraz energetyczny.

NAJPOPULARNIEJSZE TECHNOLOGIE

TABELA 1. Oferta firm dostarczających urządzenia do komunikacji w sieciach GSM

Systemy transmisji bezprzewodowej wykorzystywane w przemyśle bazują w większości na kilku popularnych technologiach. Ich dobór do konkretnej aplikacji uwarunkowany jest przy tym oczekiwanym zasięgiem transmisji i przepustowością oraz dostępną infrastrukturą.

W przypadku transmisji na duże odległości najczęściej wykorzystywane są sieci komórkowe, ewentualnie łącza radiomodemowe. Te ostatnie, w przeciwieństwie do urządzeń GSM, nie wymagają istnienia infrastruktury sieciowej dostawcy, choć ich zasięg jest zasadniczo mniejszy (więcej na ten temat w dalszej części raportu). Do transmisji na mniejsze dystanse liczba dostępnych rozwiązań obejmuje kilka technologii, które popularnie określane są jako ISM.

Skrót ten (Industrial, Scientific, Medical) dotyczy w rzeczywistości zakresu częstotliwości takich jak np. 2,4 GHz, które są ogólnodostępne i korzystanie z nich nie wymaga licencjonowania. Komunikacja taka ma miejsce m.in. w standardach Wi-Fi, ZigBee oraz Bluetooth.

Sieci takie pozwalają na przesyłanie danych na niewielkie odległości - np. w obrębie hali produkcyjnej, w systemach, gdzie urządzenia rozproszone komunikują się z układem nadrzędnym czy też ma miejsce zdalny odczyt wartości mierzonych przez czujniki.

Spoglądając na technologie komunikacyjne stosowane w polskim przemyśle, zdaniem respondentów tymi najszybciej rozwijającymi są wykorzystujące komunikację GSM oraz transmisję w sieciach Wi-Fi (patrz rys. 2). Co czwarta z ankietowanych osób wskazała inne standardy ISM, natomiast około 15% - komunikację radiomodemową. W kolejnych rozdziałach opisujemy cztery wymienione grupy rozwiązań.

Andrzej Dwojak

Turck

  • Jakie są zastosowania przemysłowych bezprzewodowych sieci komunikacyjnych?

Mówiąc o aplikacjach jestem zmuszony robić to poprzez pryzmat rozwiązań, z którymi mam na co dzień do czynienia. W ofercie firmy Turck znajdują się przede wszystkim systemy komunikacji radiowej o budowie kompaktowej, wysokim stopniu ochrony i szerokim zakresie temperatur pracy.

Plasują się one pomiędzy czujnikami z komunikacją radiową, a bezprzewodowymi systemami wymiany danych. Dzięki tym cechom oraz wykorzystaniu darmowego pasma ISM, systemy SureCross znajdują zastosowania w praktycznie każdej gałęzi przemysłu.

Najczęściej są to aplikacje, w których istnieje potrzeba przesłania niewielkiej liczby sygnałów pośród istniejącej infrastruktury budowlanej. Można próbować sobie wyobrazić, jakie to nastręcza trudności i jakie pociąga za sobą koszty.

Tymczasem zastosowanie systemu komunikacji radiowej pozwala na stworzenie taniego, szybkiego i pewnego połączenia.

  • Jak dobierać technologie komunikacyjne do zastosowań?

Wybór pomiędzy rozwiązaniami GSM i ISM zależny jest w dużej mierze od aplikacji. Obie technologie mają się do siebie jak, nie przymierzając, ciężarówka do samochodu osobowego. Jeżeli potrzebujemy tylko dojeżdżać do pracy, czyli z punktu widzenia komunikacji radiowej przesyłać sygnały lokalnie, to doskonałym rozwiązaniem jest wybranie darmowego pasma ISM.

Jeśli mamy problem z przeprowadzką, to potrzebujemy wynająć ciężarówkę, inaczej mówiąc w przypadku bardziej skomplikowanych, globalnych systemów wymagających komunikacji z odległymi punktami lepszym rozwiązaniem jest GSM, przy czym tutaj musimy się liczyć z dodatkowymi regularnymi opłatami. Oczywiście w przypadku pasma ISM standardy Wi-Fi czy ZigBee to niejedyne możliwości.

Dla przykładu system SureCross dysponuje indywidualnym protokołem komunikacji, który jest tajemnicą producenta. Z tego też powodu może być on bardziej atrakcyjny, gdyż wielokrotnie użytkownicy zadają pytania co do bezpieczeństwa przesyłanych informacji. Z WirelessHART miałem przyjemność spotkać się kilkakrotnie.

System ten ma w porównaniu z innymi bezprzewodowymi rozwiązaniami unikalne cechy, ale również nawet czterokrotnie wyższą cenę i - co wielokrotnie jest decydujące - krótszy zasięg. Jest doskonałym rozwiązaniem dla wielu aplikacji, ale głównie w dziedzinie automatyki procesowej.

  • Czy krajowi odbiorcy są otwarci na nowości?

Rynek polski jest otwarty na nowe technologie tak jak ma to miejsce na zachodzie Europy. Oczywiście potencjał jest u nas mniejszy, ale cieszy sam fakt podejścia do innowacyjności w naszym krajowym sektorze przemysłowym.

Co ciekawe, rozwiązania z zakresu komunikacji radiowej są stosowane nie tylko w przemyśle, ale są również wykorzystywane w transporcie, rolnictwie, zarządzaniu zasobami wodnymi, itp.

KOMUNIKACJA W SIECIACH GSM

Rys. 2. Najszybciej rozwijające się technologie bezprzewodowe na rynku branżowym

Urządzenia pracujące w sieciach komórkowych stosowane są tam, gdzie dane muszą być transmitowane bezprzewodowo na duże odległości, a więc rzędu kilometrów. Interfejsy do komunikacji GSM oferowane są jako samodzielne podzespoły oraz jako elementy wbudowywane w inne urządzenia.

Rozwój komunikacji komórkowej M2M był w ostatnich latach bardzo dynamiczny, czemu sprzyjała ogólna popularyzacja sieci GSM i malejące koszty przesyłu w nich danych. Transmisja informacji z wykorzystaniem sieci komórkowych używana jest najczęściej do kontroli obiektów lub procesów zdalnych i różnego rodzaju zastosowań telemetrycznych, nadzoru i monitoringu.

W tych przypadkach przesyłane są raczej niewielkie ilości danych pomiarowych lub po prostu informacje o alarmach lub sytuacjach nietypowych - czasami wystarczające może być nawet ich wysłanie w postaci wiadomości SMS. Rozwój sieci GSM pozwolił na zwiększenie prędkości transmisji - obecnie, dzięki technologiom 3G i 3,5G, stał się możliwy transfer danych z przepustowością kilku Mb/s, co dodatkowo zwiększyło możliwości aplikacyjne w przemyśle.

Polscy użytkownicy związani z naszą branżą korzystają wprawdzie wciąż najczęściej z transmisji GPRS, ale coraz częściej sprzedawane są też urządzenia wspierające standardy takie jak HSDPA/HSUPA, które pozwalają na wymianę dużych ilości informacji. Dostawców urządzeń i modułów GSM obecnych na rynku polskim przedstawiono w tabeli 1.

RADIOMODEMY UZUPEŁNIAJĄ OFERTĘ

Rys. 3. Najważniejsze dla polskich klientów cechy przemysłowych urządzeń bezprzewodowych

Kilkanaście procent udziału przypadającego radiomodemom w zestawieniu popularyzujących się w przemyśle technologii (patrz rys. 2) pozwala stwierdzić, że ten rodzaj komunikacji stanowi obecnie jedynie uzupełnienie dla wcześniej wymienionych.

Tak rzeczywiście jest, gdyż radiomodemy spopularyzowały się w automatyce już kilkanaście lat temu, będąc praktycznie pierwszymi powszechnie wykorzystywanymi urządzeniami do transmisji bezprzewodowej na duże odległości (kilkadziesiąt kilometrów). Nie wymagają one istnienia struktury sieciowej jak w przypadku sieci komórkowych, a korzystanie z nich nie wiąże się z opłatami abonamentowymi.

Z tego powodu są one dosyć wygodne do transmisji danych w obrębie przykładowo rozległych instalacji - np. wodociągowo-kanalizacyjnych w obrębie całego miasta, oraz w innych przypadkach, gdy zachodzi konieczność transmisji danych pomiarowych do odległej centrali czy kontroli z niej zdalnych urządzeń.

Omawiane urządzenia mogą pracować w paśmie nielicencjonowanym (ogólnodostępnym) lub na częstotliwościach licencjonowanych. Radiomodemy charakteryzują się zazwyczaj stosunkowo niewielkimi prędkościami przesyłu danych, przez co w wielu aplikacjach ustąpiły miejsca systemom bazującym na sieciach komórkowych - szczególnie tam, gdzie wymagany jest większy zasięg transmisji.

O ile przez kolejne lata ich sprzedaż z tego powodu stopniowo malała, o tyle w ostatnim czasie - jak informują m.in. przedstawiciele firmy ASTOR - radiomodemy przeżywają drugą młodość i wracają w wielu aplikacjach profesjonalnych. Dostawców tych urządzeń wymieniono w tabeli 4.

NIEWIELKIE ODLEGŁOŚCI, CZYLI OD WI-FI...

TABELA 2. Oferta firm dostarczających przemysłowe urządzenia Wi-Fi

Bezprzewodowa wymiana danych na dystansach do kilkudziesięciu lub kilkuset metrów odbywa się przede wszystkim w dwóch standardach - IEEE 802.11 oraz IEEE 802.15.4. Pierwszy z nich, czyli Wi-Fi, to popularna w elektronice i zastosowaniach informatycznych technologia, która w przypadku aplikacji przemysłowych wykorzystywana jest właściwie bez jakichkolwiek modyfikacji - jedyne różnice dotyczą budowy samych urządzeń, o czym w dalszej części raportu.

Do transmisji Wi-Fi wykorzystywane są zakresy częstotliwości 2,4 GHz oraz 5 GHz, a główną zaletą tego typu sieci jest stosunkowo duża przepustowość. Wśród kilku wersji standardu najpopularniejsza jest obecnie 802.11g, która pozwala na transfery powyżej 50 Mb/s (teoretycznie, gdyż w praktyce osiągane są wartości około 20 Mb/s przy transmisji w jedną stronę).

Również ta wersja standardu wykorzystywana jest najczęściej w aplikacjach przemysłowych, a urządzenia z nią zgodne znaleźć można u większości dostawców przedstawionych w raporcie (patrz tab. 2).

Niecałe trzy lata temu jako standard przyjęta została również wersja 802.11n, w przypadku której teoretyczna prędkość transmisji wynosi do 300 Mb/s przy jednoczesnym zwiększeniu zasięgu, jednak nie spopularyzowała się ona na razie tak jak ta wcześniej omawiana (choć urządzenia z nią zgodne również bez problemu znajdziemy w opisywanych w raporcie firmach).

O ile prace rozwojowe nad nowymi standardami - takimi jak 802.11ac (transmisja do 1 Gb/s) - trwają, o tyle należy zauważyć, że w przypadku zastosowań przemysłowych tak naprawdę kluczowa jest nie prędkość przesyłu danych, ale cechy fizyczne stosowanych urządzeń.

Wprawdzie do bezprzewodowej transmisji informacji pomiędzy przykładowo komputerem przemysłowym (wyposażonym w kartę Wi-Fi) a oddalonym od niego urządzeniem pomiarowym zastosować można punkt dostępowy kupiony w sklepie z częściami komputerowymi lub wręcz supermarkecie, ale ze względu na wymogi niezawodnościowe do tego typu aplikacji wybiera się urządzenia przemysłowe.

W odróżnieniu od standardowych wykonań konsumenckich są one wytwarzane z uwzględnieniem możliwości pracy w zwiększonym zakresie temperatur i przy występujących narażeniach mechanicznych (wibracje, wstrząsy, uderzenia). Wersje te mają także zwiększony stopień ochrony obudowy i odpowiednie podłączenia zasilania.

Rys. 4. "Jak się sprzedają się moduły i urządzenia do komunikacji bezprzewodowej?" - odpowiedzi na pytanie

Wykorzystywane są w nich też często także rozwiązania podwyższające niezawodność transmisji w środowisku, gdzie występują zaburzenia elektrostatyczne i inne czynniki zakłócające - stosuje się np. redundancję kanałów transmisyjnych. Tego typu produkty oferuje przykładowo Moxa, która dostarcza punkty dostępowe typu DualRF (możliwość jednoczesnej pracy w pasmach 2,4 GHz i 5 GHz).

W przypadku części zastosowań wymagane jest też użycie podzespołów mogących pracować w strefie zagrożonej wybuchem oraz takich, które wspierają szybkie przełączanie między kolejnymi punktami dostępowymi w sieci.

Paweł Podsiadło

ASTOR

Systemy bezprzewodowej transmisji danych wykorzystywane są wszędzie tam, gdzie połączenie kablowe jest trudne do wdrożenia lub zbyt drogie w realizacji. Z perspektywy użytkownika transmisja bezprzewodowa przyczynia się do wyraźnego zmniejszenia kosztów bieżącej eksploatacji - redukcji kosztów personelu, ograniczenia zużycia mediów - oraz do podniesienia dostępności obiektów, w tym zmniejszenia awaryjności urządzeń i skrócenia przestojów.

Główne obszary zastosowań tej technologii stanowią: zdalny monitoring i sterowanie, przesyłanie alarmów, pomiary GPS, logistyka i zarządzaniem magazynem, systemy drogowe oraz dystrybucja energii.

Technologia bezprzewodowa daje możliwość wyboru pasma, w jakim będą pracowały urządzenia. Poza pasmem wolnym (5,4 GHz, 2,4 GHz, 869 MHz) pozwalającym na budowanie sieci bezprzewodowych bez formalności i dodatkowych kosztów, możliwe jest budowanie sieci w paśmie licencjonowanym pozwalającym na pracę z użyciem niezależnej - "własnej" częstotliwości, co jest szczególnie zalecane w bardziej odpowiedzialnych systemach.

Innymi ważnymi czynnikami, decydującymi o wyborze technologii są: skalowalność (możliwość łatwego rozbudowywania niewielkich systemów składających się z kilku urządzeń do bardzo dużych) oraz intuicyjne oprogramowanie narzędziowe, które poza konfiguracją pozwala na zdalne zarządzanie całym systemem radiowym oraz na monitorowanie parametrów urządzeń.

Wśród oferowanych przez firmę ASTOR urządzeń - radiomodemów firmy Satel, modułów GPRS firmy Horner oraz Wi-Fi Astraada Net - największą popularnością cieszą się radiomodemy. Pozwalają one na ciągłą transmisję danych online, a dodatkowo - co jest ważne z punktu widzenia bezpieczeństwa i niezawodności transmisji - sieć radiowa jest własnością danego przedsiębiorstwa, co uniezależnia je od zewnętrznego operatora.

Większy początkowy koszt inwestycji we własną sieć radiową rekompensuje późniejsza, praktycznie bezkosztowa eksploatacja, a więc brak abonamentu i opłat uzależnionych od ilości przesyłanych danych.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

2016-12-09   | Endress+Hauser Polska Sp. z o.o.
Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

Endress+Hauser informuje o wprowadzeniu do oferty nowego typu czujnika przewodności o oznaczeniu Memosens CLS82D, zaprojektowanego do aplikacji o wysokich standardach higienicznych, m.in. biotechnologii, farmacji i produkcji żywności. Jest to czujnik 4-elektrodowy charakteryzujący się zakresem pomiarowym od 1 µS/cm do 500 mS/cm i zakresem dopuszczalnych temperatur pracy od -5 do +120°C.
czytaj więcej

Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

2016-12-09   | RS Components Sp. z o.o.
Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

RS Components został wyłącznym dostawcą bramy IoT firmy Siemens - Simatic IOT2020. Została ona zaprojektowana do ciągłej pracy w środowisku przemysłowym i może być używana do pobierania, przetwarzania, analizowania oraz przesyłania danych do urządzeń i sieci praktycznie każdego typu.
czytaj więcej

Nowy numer APA