Nowy system radiowy Radioline

fot. Przekaz sygnałów radiowych za pomocą jednego obrotu pokrętła.

Przekaz sygnałów radiowych za pomocą jednego obrotu pokrętła.

Na targach Trade Show 2012 w Hanowerze firma Phoenix Contact zaprezentowała nowy system radiowy Radioline. Rozwiązanie to, bazujące na technologii Trusted Wireless 2.0, zostało zaprojektowane z myślą o transmisji sygnałów w rozległych instalacjach i systemach. Radioline umożliwia przekazywanie sygnałów I/O oraz danych szeregowych. Mapowanie I/O pozwala na dystrybucję sygnałów do 250 stacji przy użyciu jednego pokrętła, tj. bez wsparcia oprogramowania.

System Radioline jest odpowiedzią na konkretne wymogi zastosowań w przemyśle i bazuje na nowej technologii Trusted Wireless 2.0, stanowi pomost pomiędzy WirelessHart, rozwiązaniem przygotowanym dla sieci czujników w technologii procesowej, a standardami radiowymi Bluetooth i LAN wykorzystywanymi w automatyzacji produkcji. Możliwe jest dostosowanie ustawień do konkretnych zastosowań. Radioline szczególnie sprawdza się w radiowym przesyle informacji z czujników i urządzeń wykonawczych oraz przekazywaniu niewielkich oraz umiarkowanych ilości danych w sieciach rozproszonych. Na system składają się moduł radiowy oraz pięć różnych modułów I/O, które można podłączyć szeregowo. Stacje I/O można rozszerzać do 32 modułów I/O, które można instalować i wymieniać bez przerywania pracy sieci. Oprócz możliwości podłączania podczas pracy systemu, moduły te wyróżniają się wysokiej jakości separacją elektryczną kanałów.

Indywidualne ustawienia przepływności danych

Główną częścią systemu Radioline jest moduł radiowy, który do wymiany danych wykorzystuje pasmo częstotliwości 2,4 GHz, dostępne bez konieczności zakupu licencji. Moduł ten charakteryzuje wyjątkowa solidność i niezawodność. O atrakcyjności urządzenia stanowią również inne właściwości, takie jak możliwość działania na dużych odległościach, dobra diagnostyka, jak również możliwość pracy równoległej z innymi systemami radiowymi na tej samej częstotliwości. Szczególną właściwość tego modułu radiowego, który może być wykorzystywany na całym świecie, stanowi możliwość ustawienia ilości danych od 16 do 500 kBit/s, co pozwala na zwiększenie jego czułości odbioru. Przykładowo, niewielka ilość danych może pokonywać dużo dłuższe dystanse niż duża ilość danych. W wyniku indywidualnego dostosowania, użytkownicy mogą wybierać ustawienia optymalnie odpowiadające wymogom danej aplikacji i zakresowi. Zakres widoczności pomiędzy dwoma urządzeniami wynosi od kilkuset metrów do 5 km, kilkukrotnie przewyższając zakres systemów Bluetooth i WLAN.

Intuicyjne uruchamianie przy użyciu pokrętła

Zintegrowane porty RS-232 oraz RS485 (dwukanałowe) pozwalają na transmisję pakietów danych szeregowych, np. pomiędzy systemami kontrolnymi Modbus. (Rys. 1)  Sieć radiowa może obejmować do 250 stacji. Radioline obsługuje zarówno połączenia punkt-punkt, połączenia gwiaździste oraz samonaprawiające się sieci kratowe Mesh (Rys. 2). Każdy moduł radiowy działa jako urządzenie nadrzędne, wzmacniacz, lub urządzenie podrzędne. Urządzenie nadrzędne inicjuje ustawienie sieci, wzmacniacz przekazuje dane, a urządzenie podrzędne tworzy punkty końcowe sieci. Moduły radiowe są wstępnie skonfigurowane przez producenta i mogą być uruchomione bez konieczności programowania poprzez ustawienie odpowiednich wartości za pomocą żółtego pokrętła. Przy pomocy tego pokrętła użytkownicy ustawiają adres radiowy (RAD-ID). W sieci każdy moduł radiowy musi mieć inne ustawienie. Urządzeniu nadrzędnemu przypisywany jest adres „01”, natomiast adresy od „02” do „99” automatycznie konfigurują moduł jako wzmacniacz lub urządzenie podrzędne.

Rys. 1. Networking szeregowych systemów kontrolujących.

Rys. 2. Konfiguracja złożonych struktur sieci kratowych Mesh.

Równoległe działanie wielu sieci bez zakłóceń dzięki urządzeniu Confstick

Wstępnie skonfigurowane moduły radiowe mają identyczne ustawienia sieciowe, co pozwala na natychmiastowe podjęcie pracy przez daną sieć radiową. Niemniej jednak, aby zapewnić działanie wielu sieci bez zakłóceń, konieczne jest ustawienie unikalnego ID sieci. W tym celu użytkownik może skonfigurować moduły radiowe przy użyciu urządzenia Confstick, bez konieczności programowania (Rys. 3). Wykorzystywane jest do tego przenośnie urządzenie pamięci, które podłączone do interfejsu konfiguracyjnego modułu radiowego, S-portu, jest wczytywane po naciśnięciu przycisku SET znajdującego się na module.

Rys. 3. Dzięki urządzeniu Confstick możliwe jest bezpieczne równoległe działanie wielu sieci.

Z tego urządzenia można bez problemu korzystać w środowisku przemysłowym. Obejmuje ono jedną z ośmiu grup częstotliwości (pasm RF) systemu Radioline oraz oznaczenie sieci (NET ID), które jest wykorzystywane do identyfikacji modułów w sieci. Tylko moduły oznaczone tym samym NET-ID mogą inicjować połączenie pomiędzy sobą. Niepowtarzalne oznaczenia ID mogą być przypisane modułom z wykorzystaniem urządzenia Confstick. Procedura ta pozwala na bezpieczną konfigurację równoległych sieci radiowych.

Mechanizmy zabezpieczające równoległą komunikację

Technologia Trusted Wireless 2.0 oferuje szereg mechanizmów zabezpieczających niezautoryzowany dostęp do przesyłanych danych. Z jednej strony, jest to zastrzeżony zamknięty protokół, którego struktury są chronione tajemnicą. Ponadto są to sprawdzone mechanizmy zabezpieczające wbudowane w Trusted Wireless 2.0, takie jak kodowanie danych i weryfikacja tożsamości. Kodowanie zapewnia możliwość zabezpieczenia śledzonych pakietów danych przed odczytaniem. W zależności od wymogów, funkcja ta może być aktywowana lub dezaktywowana przez użytkowników modułów Radioline. W ramach weryfikacji tożsamości, potwierdzana jest tożsamość wysyłającego, co oznacza, że wiadomości, w przypadku istnieje podejrzenie manipulacji zostają zidentyfikowane jako nieważne i są odrzucane.

W tym celu do przekazywanych wiadomości dołączane są ciągłe niepowtarzalne kody. Mechanizm ten chroni połączenie radiowe i zapobiega dopuszczaniu wiadomości śledzonych lub w przypadku których istnieje podejrzenie manipulacji do systemu radiowego. Zmienna powtarzalność danych pozwala na wielokrotne przesyłanie danych bez negatywnego wpływu na bezpieczeństwo transmisji.

Prosta dystrybucja sygnałów z wykorzystaniem mapowania I/O

System Radioline wyróżnia również możliwość prostej dystrybucji sygnałów I/O w sieci radiowej. W kontekście mapowania I/O cyfrowe i analogowe wejścia i wyjścia mogą być uszeregowane tak jak tego wymaga dana stacja radiowa i zintegrowane z systemem (Rys. 4). Adresy przypisywane są przy użyciu białego pokrętła. W tym przypadku użytkownicy muszą przypisać ten sam adres modułom wejściowym i wyjściowym. Jeśli modułowi wejściowemu przypisany zostanie adres „23”, odpowiadającemu mu modułowi wyjściowemu należy również przypisać adres „23” przy użyciu pokrętła.

Rys. 4. Do wejść i wyjść przypisywane są adresy przy użyciu pokrętła, co pozwala na łatwą dystrybucję sygnałów I/O przez tak zmapowany system.

W trakcie mapowania I/O użytkownicy mogą definiować adresy od 01 do 99. Sygnały są przypisywane automatycznie zgodnie z mapowaniem I/O. Do modułu wejściowego może być przypisane wiele identycznych modułów wyjściowych w sieci. Dostępne są moduły analogowe i cyfrowe wejściowe i wyjściowe z czterema osobnymi kanałami, jak również zintegrowane moduły sześciokanałowe. Wszystkie podzespoły radiowe posiadają elektryczną separację międzykanałową. Kanały cyfrowe z szerokozakresowymi wejściami i wyjściami przekaźnikowymi pozwalają na nieograniczone zastosowanie do 250 V.

Rozszerzona konfiguracja i diagnostyka z wykorzystaniem oprogramowania

Oprócz uruchamiania w trybie podstawowym, użytkownicy mogą indywidualnie skonfigurować sieć radiową przy pomocy oprogramowania. Podłączenie nadrzędnego modułu radiowego do komputera przejściówką (port S/USB) umożliwia sprawdzenie całej struktury sieci pod kątem błędów. Można też wyświetlić i zapisać faktyczny stan modułów I/O każdej stacji. Ponadto oprogramowanie pozwala na wprowadzenie określonych ustawień, takich jak aktywacja kodowania danych, zmiana mocy transmisji, regulacja szeregowych interfejsów.

Podsumowując, system Radioline firmy Phoenix Contact zapewnia proste, elastyczne i solidne rozwiązanie do radiowej transmisji sygnałów, które znajduje zastosowanie w rozległych aplikacjach infrastrukturalnych. Jest to możliwe dzięki dystrybucji sygnałów poprzez mapowanie I/O, jak również uruchamianie bez użycia oprogramowania, możliwości rozszerzenia systemu i wymiany modułów w sieci radiowej.