TRANSMISJA BEZPRZEWODOWA W ZDALNYCH KOMPUTEROWYCH SYSTEMACH POMIAROWO-STERUJĄCYCH

Transkrypt

1 19/3 Archives of Foundry, Year 2002, Volume 2, 3 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2002, Rocznik 2, Nr 3 PAN Katowice PL ISSN TRANSMISJA BEZPRZEWODOWA W ZDALNYCH KOMPUTEROWYCH SYSTEMACH POMIAROWO-STERUJĄCYCH R. WRONA 1, E. ZIÓŁKOWSKI 2 Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, Kraków STRESZCZENIE W referacie przedstawiono możliwości zastosowania w odlewnictwie nowoczesnych systemów pomiarowo-sterujących z bezprzewodową transmisją danych. Zdalne systemy są najczęściej połączone z komputerem centralnym za pomocą przewodów zwykle tworzących okablowanie strukturalne. Transmisja tymi przewodami odbywa się z wykorzystaniem wybranego standardu przemysłowego, na przykład RS-485, CAN czy DeviceNet. W niektórych przypadkach urządzenia pomiarowe lub sterujące są tak usytuowane w odlewni, iż połączenie przewodowe nie jest możliwe do zrealizowania. Można wówczas zastosować bezprzewodową transmisję danych z takich urządzeń do komputera centralnego. W referacie przedstawiono założenia dotyczące realizacji transmisji bezprzewodowej w zakładzie przemysłowym oraz opisano kilka rozwiązań oferowanych przez producentów komputerowego sprzętu kontrolno-pomiarowego. Key words: wireless transmission, remote computer systems 1. WPROWADZENIE W złożonych systemach produkcyjnych często występuje potrzeba zbierania informacji z różnych odcinków linii produkcyjnych oraz odpowiednio sterowania wybranymi urządzeniami. System, w którym jeden komputer centralny jest połączony z rozproszonymi w różnych miejscach zakładu produkcyjnego modułami pomiarowymi i/lub sterującymi jest nazywany zdalnym komputerowym systemem pomiarowo -sterującym. Połączenie poszczególnych modułów pomiarowo-sterujących jest zazwyczaj 1 prof. dr hab. inż., rwrona@agh.edu.pl. 2 dr inż., ez@agh.edu.pl

2 144 realizowane kablowo z zastosowaniem jednego z wybranych interfejsów przemysłowych przesyłania danych [4]. Najpowszechniej stosowanym standardem przesyłania informacji do i z komputera jest interfejs RS-485. W niektórych przypadkach rozmieszczenie przestrzenne modułów systemu go uniemożliwia stosowanie połączeń kablowych. Należy wówczas zastosować odpowiedni wariant połączenia radiowego tych modułów z komputerem. W dalszej części artykułu zostaną przedstawione założenia dotyczące możliwości stosowania urządzeń radiowych do transmisji danych w systemach przemysłowych odlewni oraz parametry urządzeń oferowanych przez wybrane firmy produkujące elementy komputerowych systemów dla różnych branż przemysłu. 2. PARAMETRY TRANSMISJI BEZPRZEWODOWEJ Transmisję bezprzewodową (radiową) danych zgodnych ze standardem RS-485 można realizować w pasmach częstotliwości określonych przez odpowiednie organa regulujące wykorzystanie fal eteru. W Polsce taką organizacją jest URTiP (Urząd Regulacji Telekomunikacji i Poczty), która powstała po kolejnych przekształceniach takich organizacji jak PIR (Państwowa Inspekcja Radiowa) i URT (Urząd Regulacji Telekomunikacji). W Unii Europejskiej taką organizacją jest CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) posiadającą swoją agendę ERO (European RadioCommunications Committee). W Stanach Zjednoczonych organizacją regulującą wykorzystanie fal radiowych jest FCC (Federal Communications Commission). W Europie, między innymi do zastosowań w przemysłowych urządzeniach transmisji bezprzewodowej, zostało przydzielone pasmo częstotliwości radiowych o zakresie GHz (szerokość pasma 83.5 MHz). Pasmo to jest zaklasyfikowane jako przeznaczone do wykorzystania amatorskiego, stałego lub ruchomego. W tym paśmie mogą pracować radiomodemy transmisji danych na przykład według standardu RS-485. Istotną informacją jest fakt, iż jeżeli moc nadajnika sygnału radiowego pracującego w powyższym paśmie częstotliwości radiowych nie przekracza 100 mw, to nie jest wymagane zezwolenie organizacji nadzorującej ruch w eterze. W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie pasmo GHz ma również to samo przeznaczenie. Jednak w tych krajach maksymalna moc nadajników, których stosowanie nie wymaga uzyskiwania licencji użytkowania wynosi 1 W. Ma to znaczenie w przypadku doboru urządzeń importowanych, gdyż urządzenia dopuszczone do użytkowania na terenie USA i Kanady nie mogą być stosowane w krajach europejskich ze względu na 10-krotnie większą moc nadajników.

3 TOPOLOGIA KOMPUTEROWYCH ZDALNYCH SYSTEMÓW POMIAROWO-STERUJĄCYCH W złożonych systemach produkcyjnych odlewni moduły są rozmieszczone w różnych miejscach i połączone ze sobą oraz z komputerem centralnym za pomocą okablowania lub łączy radiowych, których zadaniem jest transmisja danych w jednym ze standardów przemysłowych (rys. 1). Radiomodem Okablowanie Radiomodem Rys. 1. Fig. 1. Schemat zdalnego systemu go. Diagram of remote measurement and control system. Wybór standardu przesyłania danych jest uzależniony od takich czynników jak: odległość pomiędzy łączonymi elementami systemu, wymaganej szybkości przesyłania danych oraz liczby sterowników i odbiorników tworzących cały system. Najczęściej stosowanymi standardami przesyłania danych są przemysłowe interfejsy szeregowe RS-232-C, RS-422-A, RS-485 oraz CAN. Porównanie najważniejszych parametrów wymienionych interfejsów zawarto w tabeli 1. Tabela 1. Porównanie podstawowych parametrów interfejsów szeregowych [1]. Table 1. Comparison of the basic parameters of serial interfaces [1]. Parametr Interfejs RS -232-C RS -422-A RS -485 CAN Standard EIA RS-232-C, EIA RS-422-A, CCITT V.24 CCITT V.11 EIA RS-485 ISO Maksymalna szybkość transmisji bps 10 Mbps 10 Mbps 1 Mbps Maksymalna odległość transmisji przewodowej 15 m 1200 m 1200 m 1000 m Liczba sterowników Liczba odbiorników Jeżeli szybkość transmisji przesyłanych danych musi być większa bądź istnieje konieczność budowy sieci przemysłowej opartej o protokół TCP/IP wówczas zamiast radiomodemu RS-485 stosuje się radiomodemy Ethernet umożliwiające pracę z szyb-

4 146 kością 100 Mbps. Zaletą sieci wykorzystującej protokół TCP/IP jest możliwość nadzorowania systemu i sterowania nim poprzez sieć INTERNET, czyli z dowolnego miejsca na świecie. Jednymi z najbardziej znanych światowych liderów w produkcji elementów komputerowych systemów pomiarowo-sterujących są firmy Advantech oraz National Instruments. Na rysunku 2 przedstawiono przykładową topologię zdalnego komputero - wego systemu go opartego na modułach serii FieldPoint firmy National Instruments. W tej sieci łączność bezprzewodową zrealizowano za pomocą radiomodemu Rys. 2. Fig. 2. Przykładowa topologia zdalnego komputerowego systemu go opartego o moduły FieldPoint firmy National Instruments [3]. The example of topology of the remote computer system of measurement and controlling, based on FieldPoint modules offered by National Instruments [3]. Na rysunku 3 przedstawiono uproszczony schemat komputerowego systemu naważania materiałów wsadowych, zainstalowanego w jednej z włoskich odlewni, a opartego o moduły z serii ADAM-4000 firmy Advantech. W systemie tym zastosowano moduły ADAM-4012, które służą do konwersji sygnałów pochodzących z tensometrów wagi elektronicznej na sygnały przesyłane w standardzie przemysłowym RS-485. System ten posiada dwa moduły ADAM-4550, które stanowią radiomodemy pracujące w układzie nadajnik-odbiornik na częstotliwości 2.4 GHz i których zadaniem jest bezprzewodowe połączenie dwóch podsieci opartych o interfejs RS-485. Komputer odbiera sygnały z sieci przemysłowej poprzez moduł ADAM-4520, który jest konwerterem standardów RS-485/RS-232C.

5 RADIOMODEMY Na rysunku 4 pokazano dwa modele radiomodemów służących do budowy bezprzewodowych przemysłowych sieci komputerowych wykorzystujących interfejs Rys. 3. Fig. 3. Przykładowa topologia zdalnego komputerowego systemu go zainstalowanego w systemie automatycznego namiarowania materiałów wsadowych w odlewni [2]. The example of topology of the remote computer system of measurement and controlling, installed in the steel plant s automatic weighting RS-485. Radiomodem SRM600 firmy National Instruments [3] jest przeznaczony do pracy w zakresie częstotliwości MHz, podzielonym na 112 kanałów. Szybkość transmisji wynosi 144 kb/s. Ten radiomodem nie wymaga w USA i Kanadzie pozwolenia na użytkowanie. Może pracować w trybach: master, slave albo repeater. Maksymalny zasięg określany jest na 32 km, dla odpowiednio dobranej anteny zewnętrznej. Wewnątrz budynków, modem ze standardową anteną pozwala osiągnąć zasięg do około 100 metrów. a) b) Rys. 4. Fig. 4. Radiomodemy z interfejsem RS-485: a typu SRM6000 firmy National Instruments [3]; b typu ADAM-4550 firmy Advantech [1]. Radio Modem Modules with RS-485 interface: a - SRM6000 (National Instruments) [3]; b ADAM-4550 (Advantech) [1].

6 148 Moduł ADAM-4550 firmy Advantech [1] pracuje w zakresie częstotliwości 2.4 GHz i posiada moc nadajnika 100 mw, co pozwala na stosowanie tego modułu bez dodatkowego pozwolenia. Moduł ten może być podłączony do systemu z interfejsem RS-485 albo RS-232C, czyli również bezpośrednio do portu szeregowego komputera. Szybkość transmisji wynosi 1 Mbps. Wbudowana antena pozwala na uzyskanie zasięgu około 100 m, natomiast po zastosowaniu anteny zewnętrznej i odpowiedniego wzmacniacza zasięg można zwiększyć do ponad 20 km. 5. PODSUMOWANIE Komputerowe systemy dzięki zastosowaniu radiomodemów pozwalają pokonać ograniczenia architektoniczne i techniczne, występujące w przemysłowych strukturach maszyn i urządzeń. Nadajniki radiowe charakteryzują się parametrami pozwalającymi rozbudowywać kablowe sieci o moduły, których nie ma możliwości połączenia przewodami. Nadajniki te mogą być umieszczone na przykład na przejezdnych piecach dozujących, przejezdnych mieszarko-nasypywarkach a także w suwnicach i innych urządzeniach transportowych w odlewni. LITERATURA [1] Katalog firmy Advantech. Solution Guide Vol [2] [3] Katalog firmy National Instruments: The Measurement and Automation. Catalog [4] E. Ziółkowski: Analiza funkcjonalności zdalnych komputerowych systemów pomiarowo-sterujących. Biuletyn Konferencyjny V Konferencji Odlewniczej Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny I urządzenia odlewnicze. Technical, Nowa Sól, 2002, s SUMMARY WIRELESS TRANSMISSION IN REMOTE MEASUREMENT AND CONTROL COMPUTER SYSTEMS Remote measurement and control computer systems are frequently connected with a central computer by structural wiring system. Transmission goes through the wires by means of the industrial standards, for example RS-485, CAN or DeviceNet. If wiring connection is not possible, wireless transmission can be used. The paper presents the assumptions concerning wireless transmission in an industrial plant including foundry plant and several models offered by computer measurement and control equipment producers. Recenzent: prof. dr hab. inż. Józef Dańko.