Przemysłowe sieci bezprzewodowe bez tajemnic

Systemy bezprzewodowej transmisji danych wykorzystywane są wszędzie tam, gdzie połączenie kablowe jest trudne do wdrożenia lub zbyt drogie w realizacji.

Z perspektywy użytkownika transmisja bezprzewodowa przyczynia się do wyraźnego zmniejszenia kosztów bieżącej eksploatacji (redukcji kosztów personelu, ograniczenia zużycia mediów) oraz do podniesienia dostępności obiektów (zmniejszenia awaryjności urządzeń, skrócenia przestojów). Główne obszary zastosowań tej technologii stanowią: zdalny monitoring i sterowanie, przesyłanie alarmów, pomiary GPS, logistyka i zarządzaniem magazynem, systemy drogowe oraz dystrybucja energii. Niniejszy artykuł opisuje kluczowe elementy sieci bezprzewodowych oraz zagadnienia towarzyszące projektowaniu i użytkowaniu systemów bezprzewodowej transmisji danych.

Jakie pasma częstotliwości są udostępnione dla pracy urządzeń radiowych?

Technologia bezprzewodowa daje użytkownikowi możliwość wyboru pasma, w jakim będą pracowały urządzenia. Pasmo wolne pozwala na pracę systemów bezprzewodowych bez formalności i dodatkowych kosztów. Jest ono podzielone na zakresy zależne od mocy wyjściowej i cyklu pracy nadajnika. Dla aplikacji przemysłowych najbardziej interesujący jest wycinek pasma 869,400 MHZ – 869, 650 MHz, pozwalający na przesył danych z maksymalną mocą do 500 mW. Dla systemów odczytu liczników, które realizują zdalną kontrolę stanu, pomiary i serwisowanie przy użyciu urządzeń łączności radiowej, udostępniony jest bez pozwoleń zakres częstotliwości 169,400 – 169,425 MHz, umożliwiający pracę z mocą maksymalną 500 mW. Jego główną zaletą jest lepsza propagacja fal radiowych, niż w przypadku pasma 869 MHz, co przekłada się nawet na trzykrotne zwiększenie odległości, na jaką przesyłane są dane użytkownika.

Zakres częstotliwości 140 – 170 MHz, czyli tzw. pasmo VHF, oraz zakres częstotliwości 400 – 470 MHz, czyli tzw.pasmo UHF pozwalają tworzyć systemy komunikacji radiomodemowej pracujące z użyciem niezależnej – „własnej” częstotliwości, co jest szczególnie istotne w bardziej odpowiedzialnych systemach. W przeciwieństwie do pasma wolnego, pasmo licencjonowane nie posiada ograniczenia związanego z maksymalną mocą nadawczą, dzięki temu po uzyskaniu odpowiedniego pozwolenia mogą być tu stosowane radiomodemy o mocy 10 W, pozwalające na transmisję nawet do 80 km. Użytkownik takiej sieci bezprzewodowej całkowicie uniezależnia się od zewnętrznych operatorów oraz innych użytkowników sieci bezprzewodowych. Roczna opłata za użytkowanie kanału radiowego jest stała i nie zależy od ilości urządzeń pracujących w sieci ani od ilości przesłanych informacji. Dla kanału o szerokości 12,5 kHz wynosi 500 PLN, a dla kanału 25 kHz jest to 1000 PLN.

Jakie parametry urządzeń radiowych mają bezpośredni wpływ na zasięg komunikacji?

Zasięg komunikacji bezprzewodowej w pierwszej kolejności jest związany z technologią, na jakiej oparte jest działanie urządzenia. Najbardziej popularne technologie to radiomodemy, WiFi, ZigBee oraz Bluetooth. Najlepsze parametry w tej grupie oferują radiomodemy.

Przykładowo dla rozwiązań firmy SATEL zasięg komunikacji może dochodzić do kilkudziesięciu kilometrów, a przy zastosowaniu retransmiterów sygnału może być on dowolnie zwiększany. Parametrami, które charakteryzują urządzenia radiowe i mają bezpośrednie przełożenie na zasięg komunikacji, jest moc nadajnika oraz czułość odbiornika. Podczas doboru urządzeń bezprzewodowych należy pamiętać, że zapas energetyczny jest różnicą pomiędzy poziomem sygnału nadawczego (moc nadajnika), a poziomem sygnału odbieranego (czułość odbiornika). Im wyższa czułość, tym urządzenie bezprzewodowe będzie w stanie odebrać słabszy sygnał. Aby w pełni zrozumieć to zagadnienie, porównajmy zapas energetyczny dla dwóch urządzeń – tabela 1.

W przedstawionych obliczeniach, można łatwo dostrzec, że pomimoiż „Urządzenie A” posiada moc nadajnika aż czterokrotnie większą od „Urządzenia B”, to dzięki wysokiej czułości drugiego urządzenia jego zapas energetyczny jest istotnie większy, co zagwarantuje możliwość przesłania sygnału na większe odległości oraz zapewni stabilność wymiany danych w niekorzystnych warunkach.