Bezprzewodowa transmisja w przemysłowych systemach automatyki

Rozwiązanie umożliwiające stworzenie takiej elastycznej bezprzewodowej struktury możemy znaleźć w ofercie firmy ELPRO (obecnie część grupy Eaton). W przedstawionym poniżej przykładzie zostały wykorzystane radiomodemy ELPRO 245 U-E pracujące w nielicencjonowanych pasmach 2,4 GHz i 5 GHz. Umożliwiają one równoległą transmisję protokołów opartych na ramce Ethernet lub wykorzystujących interfejsy RS-232, RS-485.

Alternatywnie, poprzez dołożenie zewnętrznego modułu, możliwa jest bezpośrednia transmisja stanów analogowych i cyfrowych we/wy. Modemy można również skonfigurować do roli Terminal Server lub bramy protokołów np. Modbus RTU/TCP. Wybrane zastosowania opisano poniżej.

WDS I RSTP

Zastosowanie funkcjonalności Wireless Distribution System (WDS) i Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) pozwoliło na zbudowanie wysoko dostępowej topologii sieciowej, która zostanie wykorzystana do transmisji różnych protokołów oraz sygnałów z zapewnieniem wysokiej dostępności.

WDS pozwala na jednoczesną pracę modemu radiowego w dwóch trybach: Access Point oraz Bridge. Praca jako ten ostatni pozwala na przesyłanie komunikacji pomiędzy radiomodemami, dzięki czemu urządzenia tworzą połączenia między sobą i nie jest wymagane wykorzystanie okablowania strukturalnego, co zwiększa elastyczność takiego rozwiązania.

Urządzenie takie może być zamontowane na elemencie ruchomym. Dodatkowo radiomodem pracuje również jako klasyczny AccessPoint i umożliwia podłączenie się do takiej sieci z komputera przenośnego lub tabletu i diagnozowanie działania konfigurowanego połączenia/transmisji danych.

Funkcjonalność RSTP pozwala na tworzenie spójnej infrastruktury zbudowanej zarówno w oparciu o sieć radiową, jak i sieć Ethernet LAN, w której wykorzystywany jest protokół RSTP przeciwdziałający tworzeniu pętli a tym samym burzy broadcastów. Na bazie tak przygotowanej struktury komunikacyjnej budowana jest transmisja już wybranych protokołów/sygnałów.

BRAMA PROTOKOŁÓW MODBUS RTU - MODBUS TCP

Przy wykorzystaniu tej funkcjonalności możemy w łatwy sposób przekonwertować transmisję i podłączyć urządzenia wykorzystujące protokół Modbus RTU w oparciu o magistralę RS-485 do systemu SCADA opartego na Modbus TCP. Komunikacja zbudowana w oparciu na magistrali RS-485 nie pozwala na wykonywania połączeń nadmiarowych i zabezpieczenie takiej transmisji przed jej zerwaniem w przypadku awarii magistrali (bez powielania infrastruktury). Zastosowanie konwersji z Modbus RTU na TCP pozwala na pełne wykorzystanie nadmiarowości połączeń, dzięki czemu komunikacja jest bardziej niezawodna. Istotną zaletą jest również to, że transmisja radiowa umożliwia osiągnięcie większych dystansów oraz prędkości transmisji.

TRANSMISJA SYGNAŁÓW I/O

Zaprezentowane radiomodemy ELPRO 245 U-E mają funkcjonalność przesyłania sygnałów I/O. Pozwala ona na dowolne przyporządkowanie (mapowanie) pomiędzy radiomodemami tego typu sygnałów. Ich liczba może być rozszerzana przez dodatkowe moduły podłączane do radiomodemu ELPRO 245 U-E - przykładowo typu ELPRO 115S. Modemy mogą realizować prostą logikę (wyzwalanie poziomem wejścia analogowego, pamiętanie stanu wejść/wyjść, proste operacje logiczne takie jak suma, negacja logiczna).

TRANSMISJA RS-232/RS-485

Jednym z wielu zastosowań radiomodemów ELPRO 245 U-E jest zestawienie transmisji szeregowej w oparciu o popularne wykorzystywane interfejsy RS-232 lub RS-485 mogące pracować w układzie zarówno punkt-punkt, jak i punkt-wielopunkt (emulacja magistrali szeregowej). Wykorzystując dodatkowo funkcje konwersji, możemy wykonać połączenie, w którym sygnał wejściowy będzie wykorzystywał interfejs RS-232, a na wyjściu będą podłączone urządzenia z interfejsami RS-485.

Rozbudowana diagnostyka umożliwia dobór najlepszego kanału transmisji, monitoring szumu tła, poziomu sygnału użytecznego. Użytkownik ma również dostęp do statusu połączenia oraz statystyk danych poprzez stronę WWW z poziomu protokołu Modbus (część informacji diagnostycznych zawarta jest w rejestrach wewnętrznych Modbus).

Dostępne jest również oprogramowanie monitorujące sieć iNMS umożliwiające monitoring urządzeń po SNMP (obecnie praktycznie wszystkie urządzenia z interfejsem Ethernet mają możliwość wysyłania informacji o swoim statusie przez protokół SNMP) lub za pośrednictwem specjalnego protokołu opracowanego przez firmę ELPRO. Protokół diagnostyczny ELPRO jest bardziej optymalny w kontekście wykorzystania pasma i przede wszystkim umożliwia monitoring wszystkich radiomodemów ELPRO, również tych, dysponujących wyłącznie interfejsem szeregowym lub we/wy.

PODSUMOWANIE

Dzięki wykorzystaniu pełnego wachlarza możliwości, jakie dają radiomodemy ELPRO-Eaton, wraz z urządzeniami, które dodatkowo rozszerzają liczbę wejść i wyjść, oraz możliwości łatwej integracji tych rozwiązań z klasycznymi sieciami LAN/WAN wykorzystywane mogą być w każdym zakładzie produkcyjnym.

Bazując na typowych protokołach przemysłowych (Modbus, Profibus, DeviceNet, Ehernet/IP, DNP i innymi) możemy zbudować nowoczesną, dynamiczną infrastrukturę komunikacyjną, zachowując swobodę zmian, modernizacji oraz możliwość pełnej diagnostyki i monitoringu statusu każdego z interfejsów fizycznych z osobna.

Łukasz Kruszyński
Inżynier sieciowy
Tekniska Polska
www.tekniska.pl