В области автоматизации растет интерес к беспроводным решениям по нескольким причинам:
- Развертывание беспроводной сети не требует проведения большого объема работ по прокладке кабеля и материальных капиталовложений;
- WiFi позволяет устанавливать связь с удаленными площадками или объектами не охваченными проводными сетями;
- Беспроводные контроллеры и компоненты ввода-вывода могут управлять оборудованием там, где прокладка проводов затруднена или невозвожна.
Благодаря всем этим причинам инженеры начинают всерьез рассматривать применение беспроводных решений (особенно WLAN, беспроводный Ethernet или WiFi) в своих проектах.
Но несмотря на все преимущества есть и некоторые опасения по поводу применения WiFi.
Среди них можно выделить обеспечение безопасности связи, качество и надежность сети, достаточность набора функций и стоимость беспроводных компонентов.
Безопасность
Общеизвестно, что передаваемые данные беспроводной сети мало защищены. Любой может с ноутбука, находясь рядом со зданием, попытаться получить доступ к вашей сети. В некоторых случаях для этого даже не требуется пароль. В то время как частные беспроводные сети остаются незащищенными, стандарты безопасности для бизнеса и промышленности, разработанные за последние несколько лет и принятые многими организациями, устранили уязвимости в защите сети.
Ранний алгоритм безопасности WEP (Wired Equivalent Privacy), в котором были обнаружены серьезные уязвимости, сменили более криптозащищенные алгоритмы передачи. Стандарт WPA (WiFi Protected Access ) на основе протокола TKIP, заменил устаревший WEP в 2003 году. Обновленная версия WPA2 выпущенная в 2004 году использует более защищенный протокол AES 802.11i, применение которого является обязательным для некоторых правительственных агентств и корпораций.
Качество и надежность сети
Надежность работы беспроводной сети зависит от нескольких факторов: размера сети, физического окружения, числа пользователей сети и нагрузки, которую они создают на сеть, а также помех от других устройств.
Для небольших сетей подходит режим ad-hoc, когда каждое устройство может напрямую связаться с любым другим устройством сети.
Этот режим не создает нагрузку на сетевое оборудование и может быть особенно полезен для развертывания временных сетей.
При большом количестве устройств в сети используют инфраструктурный режим, когда связь осуществляется через одну или несколько точек доступа. Поскольку беспроводная связь основана на передаче радиосигналов, физическое окружение (размеры помещения, материалы перекрытий) влияет на качество работы сети.
Любое препятствие – дерево, металл, бетон - затрудняет прохождение сигнала. Решением этой проблемы является установка необходимого числа точек доступа, беспроводных маршрутизаторов и повторителей для покрытия всей территории объекта.
Надежность сети зависит также от числа узлов и интенсивности её использования. Во время передачи больших файлов работа сети может существенно замедлится. В таких случаях необходимо применять высокоскоростное оборудование стандартов 802.11 a и g(54 Мбит/c), которое в 5 раз превосходит устройства стандарта 802.11b (11 Мбит/c) по пропускной способности.
Проблемы радиочастотной интерференции и электромагнитной совместимости уменьшают надежность сети, когда рядом включено другое оборудование (телефоны, Bluetooth и микроволновки). Уменьшить влияние помех от другого оборудования помогает смена рабочей частоты. Сети стандартов 802.11b и g используют зашумленный диапазон 2.4 ГГц.
Переход к 802.11a совместимым системам, работающим на частоте 5 ГГц, снижает проблему влияния помех.
Ещё одним аргументом в пользу перехода на 802.11a является поддержка большего количества частотных каналов. Ограниченное число каналов стандартов 802.11b и g приводит к необходимости их повторного использования.
Функционал беспроводных компонентов
В то время как опасения по поводу безопасности и качества связи есть у всех категорий пользователей, вопрос о достаточности набора функций и стоимости беспроводных компонентов характерен прежде всего для промышленных применений.
Большинство производителей компонентов автоматизации для WiFi предлагают линейки беспроводных продуктов, существенно отличающиеся по функционалу от обычных серий своего оборудования.
Беспроводные компоненты могут приобретаться у других производителей или разрабатываться отдельным подразделением.
Некоторые фирмы добавляют возможность беспроводной связи в свое оборудование включением специализированных модулей или отдельных устройств. В результате такие решения могут вызвать проблемы для заказчика, связанные с тем, что беспроводные компоненты имеют ограниченный набор функций и возможностей.
Необходимость заблаговременного выбора между проводной и беспроводной связью
В начале проектирования перед инженерами встает проблема выбора между проводной и беспроводной технологиями связи. Решение часто осложняется различием в наборе функций оборудования на этих двух технологиях. После утверждения способа связи можно переходить к дальнейшему проектированию системы от общей схемы к детальному описанию всех соединений. Ошибка в выборе оптимального решения приводит не только к задержке ввода системы в эксплуатацию, но и к дополнительным расходам на закупку, монтаж и конфигурирование нового оборудования. Эти дополнительные расходы включают не только стоимость модулей ввода-вывода и сетевого оборудования, но и лицензии на специализированное программное обеспечение.
Решения беспроводной связи от Opto 22
Проанализировав все вышеуказанные проблемы с применением промышленных WiFi сетей Opto 22 включила в состав системы SNAP PAC контроллеры и управляющие модули в беспроводном исполнении. Далее более подробно рассмотрены особенности этого оборудования.
Стандарты WiFi
Контроллеры Opto 22 поддерживают три стандарта беспроводной связи IEEE-802.11a, b, and g
и совместимы с точками доступа, роутерами и повторителями любых производителей. В случае плохой помеховой обстановки на объекте связь рекомендуется вести по стандарту 802.11a на частоте 5 ГГц. В зависимости от планируемого числа узлов в сети связь устанавливается в режиме ad-hoc или в инфраструктурном режиме через точку доступа.
Современные стандарты безопасности
Обмен между контроллерами wireless SNAP PAC ведется преимущественно по стандарту WPA2. Тем не менее, для совместимости с оборудованием всех производителей оставлена поддержка WEP и WPA.
Полный диапазон беспроводных блоков ввода-вывода и уменьшенный набор беспроводных компонентов.
По мнению многих специалистов в области автоматизации, отдельные беспроводные продуктовые линейки вызывают трудности при проектировании и эксплуатации. Использование одинаковых компонентов ввода-вывода в проводных и беспроводных сетях может сохранить время и деньги во время разработки проекта, его реализации и дальнейшей эксплуатации.
В этом случае на стадии разработки инженер составляет спецификацию модулей ввода-вывода с уверенностью, что они будут работать через любые сети связи. Во время реализации проекта с применением обоих технологий используются одни и те же методы и схемы подключения датчиков и исполнительных механизмов, в результате отпадает необходимость в переобучении монтажников. Беспроводные решения Opto 22 также интересны тем, что они встроены в сами контроллеры и не надо приобретать отдельное оборудование сторонних производителей.
Проводная и радиосвязь в контроллерах и блоках ввода-вывода.
Большую гибкость в применении беспроводных компонентов Opto 22 обеспечивает наличие обычных портов Ethernet, так как в начале проектирования иногда трудно определить более подходящий тип связи для конкретного объекта. Совмещение в одном устройстве двух типов интерфейсов дает дополнительные преимущества. Например, в обычном режиме обмен с контроллерами и блоками ввода-вывода может вестись через проводный интерфейс, а для обслуживания, устранения неполадок и задач локального HMI можно использовать беспроводное подключение с ноутбука. Поскольку программы управления и HMI интерфейс работают в обоих типах сетей без модификаций, устраняются дополнительные расходы на лицензирование, обучение, программирование и обслуживание.
Одновременная работа по сетям проводного Ethernet и WiFi
В контроллерах SNAP PAC есть два независимых Ethernet порта, которым присваиваются разные IP адреса. Эти два интерфейса используются либо для организации резервных линий связи, либо для отделения сети предприятия от промышленной сети, по которой ведется обмен с блоками ввода-вывода. Поддержка WiFi добавляет третий IP адрес.
Беспроводной контроллер может связываться по WiFi с диспетчерским компьютером, а для управления объектовыми блоками ввода-вывода использовать Ethernet, или наоборот для связи с распределенными по объекту модулями применять WiFi.
Управляющие модули SNAP PAC EB1 или EB2 имеют два коммутируемых Ethernet порта, т.е. им назначается один и тот же IP адрес. Встроенный коммутатор предназначен для объединения управляющих модулей в последовательную сеть, в результате чего отпадает необходимость в приобретении отдельного коммутатора и снижается расход витой пары на прокладку сети. Поддержка WiFi управляющим модулем добавляет второй IP адрес устройству.
Контроллеры и управляющие модули полностью сохраняют весь набор функций при переходе на беспроводную связь. Все стандартные промышленные протоколы Ethernet/IP, Modbus/TCP, OptoMMP, SNMP, SMTP и FTP также поддерживаются через беспроводной интерфейс.
Кроме того, разработчикам предоставляется одна и та же среда программирования и создания HMI вне зависимости от типа сети связи. Созданные ранее программы не требует модификации при переходе на беспроводные решения.
Совместимость со всей линейкой модулей ввода-вывода SNAP PAC
Поскольку радиосвязь обеспечивается применением только контроллеров и управляющих модулей в специальном исполнении, компания предлагает одни и те же модули, модульные стойки для проводных и беспроводных проектов. На объектах с уже установленной системой SNAP PAC для перехода на беспроводную связь достаточно заменить контроллеры и управляющие модули и загрузить в них имеющуюся программу управления.
Выводы
Беспроводные решения компании Opto 22 предоставляют проектировщикам дополнительные преимущества:
- использование современных протоколов шифрования
- поддержка большого числа стандартов беспроводной связи обеспечивает гибкость при выборе
конфигурации системы
- беспроводные компоненты полностью интегрированы в общую систему SNAP PAC и совместимы со всеми стандартными модулями ввода-вывода
- беспроводные контроллеры и управляющие модули имеют встроенные порты Ethernet, т.е.
допускается их использование в обычном проводном режиме.
