Lyhyen kantaman radiotekniikat ja niiden soveltaminen teollisuusympäristössä Jero hola ja Ville Särkimäki Lappeenrannan teknillinen yliopisto Langaton tiedonsiirto teollisuudessa, miksi? Toimilaitediagnostiikassa ja kunnossapidollisen informaation siirtämisessä kentälle tarvitaan tiedonsiirtoa, vaatimukset eroavat ohjausväylistä: Tiedonsiirron luotettavuus, deterministisyys Käyttötapa Siirretyt datamäärät Voidaan toteuttaa lyhyen kantaman radiotekniikoilla, hyötyjä: Nopea asennus, pienet kaapelointikustannukset Mahdollistaa liikkumisen Joustava verkkotopologia 1
Lyhyen kantaman radiotekniikat Toiminta perustuu lisenssivapaisiin ISM-taajuuksiin (esimerkiksi 433 MHz, 868 MHz, 2.4 GHz) Teho rajattu ~<100 mw -> kantama rajoittuu ~10-100 m Tiedonsiirtonopeudet ~10 kb/s 100 Mb/s Standardeja: WLN (IEEE 802.11x (a,b,g)) Bluetooth (IEEE 802.15.1) ZigBee (IEEE 802.15.4) Lisäksi lukuisia standartoimattomia lähetinvastaanottimia (SRD, Short Range Devices) Radiotekniikan valinta ISM-kaistojen käyttö lisenssivapaata, rajoituksia: lähetysteho, toimintasuhte, dynaaminen tehonsäätö, jne. Samalla taajuuskaistalla saattaa toimia useita eri standardeja edustavia tiedonsiirtolaitteita: Laitteet häiritsevät toisiansa Kapeakaistaiset tiedonsiirtolaitteet eivät välttämättä toimi Ratkaisuna häirintää sietävät hajaspektritekniikat: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) Ratkaisuna protokollatasolla tehokkaat menetelmät virheentunnistukseen ja -korjaukseen 2
Radiosignaalin eteneminen Kantamat ilmoitettu näköyhteydelle (LOS, Line of Sight) Teollisuusympäristö epäideaalinen Rakenteiden läpäisy vaimentaa signaalia Monitie-eteneminen -> vastaanotetun tehon huojunta, vaikeasti ennakoitavissa Destruktiivinen interferenssi Konstruktiivinen interferenssi B Vastaanotettu signaali Tyypillinen teollisuusympäristö 3
Verkkotopologian valinta oleellista Langattoman anturiverkon topologioita: Point-to-point Point-to-multipoint Mesh nturiverkon topologioita Ethernet, CN, Profibus DP point-to-point ja point-to-multipoint Mesh Verkon topologia, ominaisuuksia Topologia Luotettavuus daptiivisuus Skaalautuvuus Keskinkertainen Point-topoint Heikko Ei voida kasvattaa verkon kokoa Keskinkertainen Point-tomultipoint Heikko Heikko Mesh Hyvä Hyvä Hyvä 4
Kunnossapitoon liittyviä sovelluksia Diagnostiikkaan käytettävän anturiverkon muodostaminen Toimilaitteiden tiedonkeruu ja parametrisointi PD-laitteella Toimilaitteiden ohjaus Siirrettävät mittausjärjestelmät nturointi liikkuvassa laitteessa Toimilaitteen identifiointi ja siihen liittyvän tiedon haku tietoverkosta Videovalvonta PD-laite T P RH T M Tietoverkko G Langattoman anturin toteutus Radiomoduuli: Nopeus, integrointiaste Verkkotopologia Standardin mukainen vai ei? Tehonsyöttö: kku usein ongelmallinen, kunnonvalvontajärjestelmää ei haluta kunnossapitää Usein ei haluta uusia johtoja ntenni: Säteilykuvio ntennin sijainti, rakenne DC Mittaelimet Flash & SRM Teholähde Mikro-ohjain -Reaaliaikakäyttöjärjestelmä -Protokollapino -Toiminnot mittaelinten lukemiseen Lyhyen kantaman lähetinvastaanotin -433 MHz -869 MHz -2,4 GHz -FSK/GFSK -RSSI -FHSS NTURI 5
Yhteenveto Langattoman tiedonsiirron soveltamiselle on oltava perusteet Kunnossapidon ja laitediagnostiikkaa varten voi olla järkevää toteuttaa ohjausväylille rinnakkaisia langattomia verkkoja Lyhen kantaman ISM-kaistan tekniikoilla rajoituksia: Rajattu lähetysteho -> rajattu kantama Ympäristön epäideaalisuudet Häiriöt: ympäristö ja muut tiedonsiirtolaitteet Tiedonsiirtonopeus, tiedonsiirron varmuus Liitynnät muihin tietojärjestelmiin standardeilla menetelmillä: PD, älypuhelin <-> Bluetooth Tehdas-Ethernet <-> WLN, Bluetooh 6