SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Решения беспроводной связи для систем автоматизации склада

Беспроводные устройства серии AWK-A производства компании Moxa разработаны специально для автоматизации тележек, платформ и других механизмов, перемещающих продукцию на складах. Они устойчивы к вибрации, ударам, позволяют преодолеть многолучевое распространение сигнала и помогают справиться с другими проблемами, типичными для складских помещений.

Официальный представитель Моха в России компания IPC2U, г. Москва

ipc2u.gif 

Хотя технология Wi-Fi имеет преимущества по сравнению с другими решениями для связи, существует ряд критических моментов, на которые системным интеграторам приходится обращать особое внимание, развертывая беспроводные решения в системах AS/RS и AGV1. Опишем некоторые из них подробнее.


Работа с постоянно движущимися платформами

Обеспечение стабильной связи во время движения – одна из основных проблем систем AS/RS и AGV. Устойчивое автоматическое подключение и защита клиентских устройств от вибрации – это два важнейших аспекта, которые следует учитывать при выборе решения.


Надежное автоматическое подключение

Сети Wi-Fi имеют ограниченный охват сигнала, поэтому, для того чтобы сигнал полностью покрывал зону склада, необходимо установить большое количество точек доступа. Между этими точками доступа крайне важно обеспечить плавное и быстрое переключение. Wi-Fi-устройства, работающие по старой технологии, во время перемещения между точками доступа обычно отключаются на 3–5 секунд, что ведет к серьезным нарушениям в работе. Если это произойдет с клиентским устройством, установленным на AGV, транспортное средство может просто остановиться до восстановления сетевого подключения, что приведет к задержкам производства и увеличению эксплуатационных расходов (рис. 1).

ris1.png

Рис. 1. Во время передвижения погрузочного средства между двумя точками доступа может пропасть сигнал

Основное требование к надежной технологии беспроводной связи – возможность превентивного поиска соседних точек доступа с сильным сигналом и подготовка к подключению по мере приближения к ним клиента в целях уменьшения времени простоя. Также повысить эффективность работы клиентских устройств помогут следующие дополнительные функции беспроводной связи:

- Надежное переключение между несколькими каналами. Из-за ограниченной пропускной способности каждой частоты системные интеграторы вынуждены использовать несколько частотных каналов, чтобы избежать перегрузки. Беспроводная технология должна обеспечивать плавное переключение между различными точками доступа с различными каналами.

- Лучшее беспроводное шифрование, не влияющее на переключение сетей. Беспроводные сигналы передаются по воздуху и поэтому уязвимы для взлома. В то же время протоколы шифрования (например, WPA и WPA2), которые обеспечивают высокий уровень защиты данных, сложны для реализации и иногда могут повлиять на производительность системы, особенно за счет задержки во время безопасного обмена ключами, когда клиент перемещается в зону новой точки доступа. Для защиты сети необходима усовершенствованная функция переключения сетей, которая обеспечит наиболее безопасное шифрование данных и снизит время смены точки доступа до уровня нескольких миллисекунд.


Защита от ударов и вибрации

Системы AS/RS и AGV постоянно движутся, доставляя материалы для производственных процессов или готовую продукцию на хранение. Беспроводные устройства устанавливаются на системы, которые подвергаются воздействию вибрации и ударов. Это может привести к коротким замыканиям, поломке паяных соединений, расшатыванию компонентов печатных плат и их расслаиванию, а также образованию трещин в корпусах. Вибрация и удары способны вызвать отключение беспроводных устройств, так как провода подачи питания, передачи данных и резервного контура могут выпасть из своих гнезд. Стандарт IEC 60068-2-6 определяет руководящие принципы, которым должны соответствовать беспроводные устройства для обеспечения защиты от сильных ударов и вибрации. Чтобы гарантировать надежную работу в условиях высокой мобильности, устройства необходимо проверить на соответствие этим стандартам и их критериям.


Ограниченное пространство для установки оборудования

Мобильное промышленное оборудование, например AGV, имеет ограниченную грузоподъемность и размеры. Основной проблемой, с которой сталкивается большинство системных интеграторов при выборе беспроводных устройств для компактных и надежных систем AGV, является способность этих устройств выдерживать электрические помехи.

Проникая в устройство через входы питания и порты антенн, электрические помехи обычно прерывают беспроводную передачу данных. Чтобы адекватно использовать ограниченное пространство систем AGV, все оборудование (в том числе беспроводные устройства и двигатели) обычно подключают к одному источнику питания. Когда двигатель работает, он генерирует пусковой ток, который может привести к повреждению беспроводного устройства через вход питания и в крайнем случае прервать беспроводную передачу данных (рис. 2). На металлическом корпусе тележек в системах AGV, как правило, устанавливают удлинители антенн для защиты от электрических помех и усиления сигнала, что иногда приводит к образованию электростатических зарядов, повреждающих радиокомпоненты через антенны и антенные кабели.

ris2.png

Рис. 2. Пусковой ток, генерируемый двигателем, способен повредить беспроводное устройство

Для повышения надежности системные интеграторы обычно используют дополнительные источники мощности и изоляторы антенн, но это решение увеличивает как стоимость системы, так и размеры ее корпуса. Беспроводные устройства должны оснащаться встроенной изоляцией для защиты от электрических помех.


Особенности установки беспроводных систем

Прерывание беспроводной связи на несколько секунд – простое неудобство для обычных приложений, но в промышленной среде, особенно при выполнении важных процессов или функций, даже самые короткие перебои способны привести к катастрофическим результатам. Поэтому чрезвычайно важно правильно настроить беспроводную сеть, чтобы избежать сбоев в работе.


Противодействие эффектам многолучевого распространения

Многолучевое распространение – это явление, приводящее к тому, что на приемную антенну приходят радиосигналы с двух или более источников. На типичном складе металлические каркасы и полки отражают и преломляют излучаемые сигналы, что и порождает многолучевое распространение. Отраженный либо преломленный сигнал проходит большее расстояние, чем прямой, это вызывает сдвиг фазы и снижает качество сигнала на стороне приемника. Тем не менее можно применить технологию 802.11n MIMO, которая позволит обратить многолучевое распространение себе на пользу и восстановить сильный сигнал в приемнике путем коррекции слабых отраженных и преломленных сигналов.


Увеличение покрытия Wi-Fi с помощью технологии MIMO

Технология MIMO позволяет транслировать несколько сигналов между передатчиком и приемником для улучшения пропускной способности канала. Благодаря нескольким антеннам на передатчике и приемнике и сложной цифровой обработке сигнала беспроводные устройства получают возможность генерировать несколько потоков данных в одном канале, тем самым увеличивая его пропускную способность. Помимо устранения эффектов многолучевого распространения, передатчики MIMO увеличивают зону покрытия Wi-Fi и повышают качество приема сигнала на беспроводных устройствах.


Точки доступа с поддержкой MIMO

В соответствии с технологией 2 × 2 MIMO одна точка доступа снабжена двумя антеннами и позволяет охватить двойную зону покрытия. Применив эту технологию в системах AS/RS, можно избежать перекрывания сигнала металлическими полками и высокими стенами за счет использования точек доступа с двумя направленными антеннами для полного покрытия пространства между стеллажами (рис. 3).

ris3.png

Рис. 3. Технология 2 × 2 MIMO позволяет избежать перекрывания сигнала


Клиенты с поддержкой MIMO

Работа беспроводных клиентов, установленных на системах AGV и AS/RS, часто сопровождается потерей сигнала из-за того, что исчезает прямая видимость, когда тележки или другие транспортные средства поворачивают либо загружают и сгружают товар. Для увеличения зоны покрытия и повышения качества приема можно установить по бокам транспортных средств или тележек удлинители антенн устройств MIMO.

ris4.png

Рис. 4. Удлинители антенн устройств MIMO, установленные на тележке, помогают улучшить качество приема сигнала


Решения Moxa

Устройства серии AWK-A производства компании Moxa, специально разработанные для систем AS/RS и AGV, объединили в себе основные компоненты, необходимые для создания надежной и высокопроизводительной сети Wi-Fi. Обеспечить надежную связь Wi-Fi при работе с мобильными транспортными средствами устройствам AWK-A помогают следующие характеристики:
- технология Turbo Roaming для устойчивого автоматического переключения сетей за миллисекунды;
- соблюдение стандартов IEC 60068-2-6 для защиты от сильных вибраций;
- изоляция питания и радиочастотная изоляция для устранения помех в Wi-Fi-соединениях;
- технология 2 × 2 MIMO для обеспечения максимальной доступности Wi-Fi;
- широкий диапазон рабочих температур (–40…75 °C).
_______________
* AS/RS – автоматизированная транспортно-складская система; AGV – автоматическая система транспортных тележек.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(62)_2016

Джеффри Ке, продакт-менеджер по продукции Моха,
Официальный представитель Моха в России компания IPC2U, г. Москва,
тел. +7 (495) 232-0207,
e-mail: sales@ipc2u.ru,
www.ipc2u.ru



ООО "РЕОН-ТЕХНО"  (ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ)
Полупроводниковый нуль-индикатор со встроенным блоком питания