Get Adobe Flash player

Szabó Péter
SMC Hungary Kft.


Az ipari hálózatok kialakulása nagy előrelépést jelentett az egyre bonyolultabb célgépek vezérlésében, kezelhetőségében és karbantarthatóságában. Az egyre magasabb automatizáltságú gyártás megköveteli továbbá a telepítési és konstrukciós egyszerűsítést is. Emellett a rendszerfelügyelettel szemben is támaszt növekvő igényeket a monitorozás és diagnosztika területén, amellyel az ipar 4.0 szemléletű célgépgyártást is hivatott kiszolgálni.

Appearance of industrial networks was a big step to control, operate and maintain more difficult single-purpose machines. Higher-level automation needs simplifying design and installation. In addition, system monitoring and diagnosis also assumes growing demands that serves the purpose of Industry 4.0 approach design.


A különböző cégek különböző terepi buszos kommunikációval jelentek meg, és szolgálták ki ezeket az igényeket. Mik is voltak tehát azon főbb okok, amelyek a terepi buszrendszerek kialakulásához vezettek:
szétszórt eszközök egyszerűbb összekapcsolásának igénye,
karbantartás, hibaelhárítás megkönnyítése,
új eszközökkel történő alkalmazás-kiterjesztés megvalósíthatósága,
nagyobb távolságú rendszerek telepítésének lehetősége.
Segítségükkel tehát kevesebb kábel, jobb diagnosztikai lehetőség, valamint egyszerű alkalmazás-kiterjesztés valósulhatott meg. Az előnyök ellenére azért negatívumokkal is számolni kellett. A párhuzamos kommunikációról soros adatátvitelre történő átállás egyik hátránya az időveszteség az átvitel során. Az adatok nem egyszerre haladnak több vezetéken „párhuzamosan”, hanem adatcsomagokban egymás után „sorban”.

Ezenkívül ezek a hálózatok nagyobb szakmai ismeretet követeltek meg a kezelőiktől. A gyártók ezt a megnövekedett ismeretanyagot gyorsan integrálták a szakembereik képzésébe, így mára már természetes a termelési környezetben különböző protokollú terepi buszrendszerek említése, mint például: Profibus, DeviceNet, AS-i, CC-Link, CANopen, Interbus-S, Profinet, EtherNet/IP™, IO-Link, … stb.
Az eddig alkalmazott hálózatoknál, topológiai kialakításukat tekintve beszélhetünk akár a busz, az elágazó sor, a fa, a hálózatos, a csillag vagy a gyűrűs rendszerről, mindegyikben közös hogy a mester egység és szolgaállomások között vezetékes összeköttetésre van szükség.

Ugyanakkor mára már a civil életben természetes, hogy sok esetben vezeték nélküli kommunikációs megoldások állnak rendelkezésünkre. Ezeknek a technológiáknak az alkalmazása nagyban megkönnyíti mindennapjainkat. Innen adódik, hogyha ezt adaptálni tudjuk az ipari környezethez megfelelő adat és kommunikáció-védelmi biztonsággal, akkor tovább fejleszthetjük az ipari hálózatainkat.
Ez az újítás bekövetkezett. A vezeték nélküli egység (SMC EX600-W) csak felépítésében különbözik az eddig alkalmazottaktól, viszont ez sok tekintetben hatalmas előrelépést jelent. A hálózati protokollt tekintve az ethernet alapú hálózatokkal kommunikál, azaz például a PROFINET-hez és az EtherNet/IP™-hez is csatlakoztatható. A felépítésbeli különbség pedig, hogy még a központi egység (PLC vagy PC) ipari ethernet kábelen keresztül csatlakozik a mester egységhez, addig a szolga egységek vezeték nélkül kommunikálnak mesterükkel. Így létrejön egy decentralizált „wireless” adatátvitel, amely akár 127 „slave” egységgel képes kapcsolatot teremteni. A rendszer így 1280 bemenet és 1280 kimenet kezelésére képes.

Ahogy a 3. ábrán is látható, a hálózat képes digitális és analóg jelek feldolgozására egyaránt. Így alkalmas a teljes ipari automatizálás eszközrendszerének kiszolgálására, a beérkező szenzorjelektől az elektromos hajtásvezérléseken át az elektropneumatikus kapcsolójelekig. Az ajánlás alapján akár 15 szolga egység egyidejű kezelése is megvalósítható a rendszer 10 méter sugarú vezeték nélküli kommunikációs tartományában.

Így ezzel a megoldással elért további előnyök a terepibusz rendszereknél:
kevesebb kábel és csatlakozó, amely mind az ár, mind pedig a konstrukciós tervezési folyamatra is kedvezően hat,
rövidebb telepítési és karbantartási idő,
kevesebb töréspont és kapcsolatvesztési veszély,
egyszerűbb elhelyezhetőség,
gyors csatlakoztathatóság,
könnyebb monitorozási lehetőség, webszerver funkció,
egyszerűbb konfiguráció, mivel csak egy IP címre van szükségünk a teljes rendszer kezeléséhez.

Nem szabad ugyanakkor megfeledkezni arról, hogy a gyártóterületeken magas az elvárás a technológia védelmében tett intézkedésekkel szemben. Fontos tehát megvizsgálni, hogy mitől tekinthetjük biztonságosnak ezt a kommunikációs csatornát. A vezeték nélküli adatátvitel több frekvenciasávon is megjelenhet. Néhány ismert hálózat: Wi-Fi (2,4 GHz, 5+ GHz), Bluetooth (2,4 GHz), Wibree (2,4 GHz) stb. Ezen 2,4 GHz-es tartományon dolgozik az SMC EX600-W egység is.

Ez az ISM (Industrial, Scientific and Medical) Ipari, Tudományos és Orvosi sáv egyik része. Igazából a 802.11 szabvány két rádiófrekvenciás tartományt ad meg arra a célra, hogy engedély nélkül a kommunikációs eszközök használni tudják (nem kereskedelmi célokra) azokat. Ezek: a 902-928 MHz és 2,4-2,483 GHz (ISM tartományok). Mivel tehát ez egy szabad sáv és több rendszer is használhatja, ezért a szabvány a zavartalan kommunikáció érdekében két szórt spektrumú modellt alkotott meg. Az egyik a frekvenciaugratásos, szórt spektrumú (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS), a másik a közvetlen sorrendű, szórt spektrumú (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) technika. Mindkét esetben egy széles tartományban kerül kisugárzásra az információ úgy, hogy ha egy frekvencián zavar van jelen az ISM sávban, a vevő akkor is megkapja az információt. A DSSS-technika nagyobb átviteli sebességet érhet el, de érzékenyebb a zavaró hatásokra. Ezért az EX600-W rendszere az FHSS azaz a frekvenciaugratásos megoldást alkalmazza. Lényege, hogy a rendelkezésre álló frekvenciatartományt 75 darab 1 MHz-es sávra osztja fel és egy a protokoll által meghatározott frekvenciaugratási rend szerint váltja a csatornákat 5ms-os időközönként. Így 2 Mibit/s-os (2,1Mbit/s-os) adatátviteli sebesség érhető el és kielégítően képes kiküszöbölni a zavaró hatásokat.

Így nemcsak egy biztonágos, hanem stabil kommunikáció jön létre, mivel a fogadó egység a rádióhullámok terjedésének különböző formáit is képes értelmezni. Azaz a visszaverődő hullám, az áthatoló vagy átküldött hullám és a közvetlen hullám is alkalmas az információ továbbítására. A stabilitást a kommunikáció automatikus visszaállítása is szavatolja. Ha az adat-küldési újrapróbálkozások száma meghaladja a megadott értéket (32-szeres), akkor egy “leválasztási jelző” jelenik meg a kimeneten. A rendszer visszaáll újraszinkronizálási módba, és a szinkronizálás létrejön. Ezután a normál működési feltételek visszaállnak, a “leválasztási jelző” törlődik, és a vezérlés folytatódik.

A konfigurációs folyamat szintén felhasználóbarátabbá teszi a rendszer-installációt. A vezeték nélküli paraméterek beállítása egy NFC kártya segítségével és a gyártó (SMC) oldaláról letölthető I/O konfigurátor alkalmazásával pillanatok alatt elvégezhető.

A technológiai paraméterek monitorozása szintén vezeték nélkül valósulhat meg webszerver funkció segítségével. Ugyanakkor a kommunikációs állapotot is könnyedén monitorozhatjuk és egy számítógéppel a mester egységhez kapcsolódva egyszerűen letölthetjük a naplófájlokat az ujrapróbálkozások számáról vagy akár a kapott rádióhullámok intenzitásáról.
Ezek az előnyös tulajdonságok teszik lehetővé, hogy az eddig csak körülményesen megvalósítható alkalmazások egyszerűbben kivitelezhetők legyenek a jövőben:
nagy elektromos zajjal terhelt munkakörnyezet,
hegesztő alkalmazások (9. ábra),
forgó vagy indexelő táblás megoldások (10. ábra),
szerszámcserék, palettacserék (11. ábra),
stb.

A terepibusz rendszerek területén is jól látható tehát az a fejlődés amelly átitatja a teljes automatizált gyártást napjainkban.