Průmyslová bezdrátová komunikace s IO-Link Wireless

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Jedním z hlavních důvodů úspěchu IO-Link je snadné zapojení inteligentních, komplexních senzorů a akčních členů s jednoduchým standardizovaným 3vodičovým snímatelným kabelem. V budoucnu lze i toto jednoduché zapojení komunikační linky v systému IO-Link vynechat, protože IO-Link je nyní bezdrátový.

Redukce kabelů v průmyslových automatizačních systémech za účelem snížení instalačního úsilí nebo dosažení bezpečného a zabezpečeného přenosu dat v kritických bodech, jako jsou sběrné kroužky, je důležitým tématem pro výrobce strojů a koncové uživatele již roky.
S nástupem vývoje Průmyslu 4.0 a Průmyslového IoT se komunikační potřeby rychle mění. Komunikace mezi stroji (M2M), jako jsou připojené roboty, automatizace skladu a strojní zařízení pro zpracování, jsou stále častější a vyžadují vyšší dostupnost, lepší robustnost, nižší latenci a deterministické vzory.
V tomto vývoji kabelová komunikace jednoduše nemůže splnit požadavky vyžadované obrovským nárůstem připojených zařízení, pokud jde o flexibilitu, mobilitu a monitorování. IO-Link Wireless, rozšíření standardu IO-Link, je prvním bezdrátovým protokolem, který řeší tyto potřeby a představuje spolehlivou a deterministickou bezdrátovou komunikaci se senzory a akčními členy.
IO-Link Wireless poprvé představuje spolehlivý, deterministický protokol v reálném čase pro řídicí systémy průmyslové automatizace továrny. Očekává se, že tento standard zvýší mobilitu a flexibilitu, která v kabelovém protokolu chybí, a posouvá komunikaci průmyslových strojů na další úroveň.

io link wireless 2021 2

Co je to IO-Link Wireless?

IO-Link Wireless definuje bezdrátovou síťovou komunikaci mezi senzory, akčními členy a PLC v prostředí automatizované výroby. Byl navržen tak, aby poskytoval podobnou úroveň výkonu a zpětně kompatibilní rozhraní jako u kabelů, takže migrace z kabelových na bezdrátové systémy je snadná. IO-Link Wireless poskytuje deterministickou latenci 5 ms a komunikaci se 40 uzly (senzory nebo akční členy). Představuje spolehlivost lepší než 10e-9 Packet Error Rate (PER). Například jiné bezdrátové standardy jako WLAN, Bluetooth a Zigbee ukazují, že PER je v průmyslovém prostředí o 6 řádů méně spolehlivý (cca 1e-3).
IO-Link Wireless podporuje možnosti roamingu a možnost zahrnout do sítě v reálném čase senzory napájené z baterie nebo senzory získávající energii s jejich nízkou spotřebou. Jednou z klíčových vlastností IO-Link Wireless je kompatibilita s protokoly pro automatizaci výroby a procesů. Lze použít standardní technické nástroje pro plánování, nastavení, provoz a údržbu IO-Link, aby byla zaručena zpětná kompatibilita s kabelovými řešeními IO-Link.

Popis systému IO-Link Wireless

Bezdrátový systém IO-Link Wireless se obvykle skládá z brány IO-Link Wireless Fieldbus (Master) a bezdrátových zařízení IO-Link. Zařízeními mohou být snímače, akční členy, čtečky RFID, ventily, spouštěče motorů nebo jednoduché I/O moduly. Standardní bezdrátový systém IO-Link Wireless dále zahrnuje technické nástroje pro konfiguraci senzorů / akčních členů a přiřazování parametrů.

io link wireless 2021 3
Jsou definovány následující základní datové typy:

  • Procesní data: o délce až 32 Bajtů, která se vyměňují s každým komunikačním cyklem.
  • Status hodnoty: označující, zda jsou procesní data platná či nikoli, což jsou informace, které se také cyklicky vyměňují.
  • Data zařízení: jako jsou identifikační informace, nastavení, varování a chyby, které jsou vyměňovány na vyžádání.

Následující obrázek ukazuje příklad systémové architektury založené na bezdrátových a kabelových připojeních IO-Link. Architektura bezdrátového IO-Link vypadá podobně jako drátová (hvězdicová topologie), ale bez komunikačních kabelů. IO-Link Wireless také podporuje funkci přemostění mezi IO-Link a IO-Link Wireless. Tato funkce, která je součástí standardu, umožňuje bezdrátovým připojením zařízení IO-Link k hlavnímu zařízení.

Fyzická vrstva IO-Link Wireless - zdroj robustnosti

Aby bylo možné splnit vysoké požadavky na spolehlivost (PER 10e-9) v průmyslovém prostředí, byla zvolena úzkopásmová modulace GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Tato modulace se těší vysoké energetické účinnosti a dobrému odolnosti proti rušení, ale také odolnosti vůči slábnutí signálu v důsledku úzkého pásma 1 MHz. Stejná modulace slouží ostatním protokolům, jako jsou nízkoenergetické standardy Bluetooth a 802.15.4, ale dosahuje odlišného výkonu díky různým schématům protokolu. V souladu s regulačními normami je maximální vysílací výkon RF 10 mW a bylo zvoleno pásmo 2,45 GHz ISM (bez licence), i když toto pásmo trpí přetíženým prostředím.
Aby byla zajištěna vysoce spolehlivá vazba v přetíženém prostředí, byla použita kombinace schématu přístupu k frekvenčním a časovým dělením médií (F/TDMA). Zprávy downlink z masteru IO-Link do zařízení a zprávy uplink ze zařízení do masteru jsou vyměňovány v poloduplexním režimu v definovaném časovém rámci. Buňka může podporovat až 3 mastery, zatímco každý master komunikuje až s 40 senzory na 5 kanálech.
Vylepšeného chování při koexistenci je dosaženo použitím dvou mechanismů, přeskakování frekvencí a dynamického blacklistu, což umožňuje provoz bezdrátové sítě senzorů / akčních členů s nízkou mírou chyb paketů i v průmyslových zařízeních, kde jsou v pásmu 2,45 GHz přidělena pásma WLAN.
Pokud jde o reálný čas, byla pro zajištění spolehlivosti specifikována doba cyklu 5 ms. V každé buňce je v každé době cyklu vzorkováno až 120 uzlů (senzory nebo akční členy). Po dobu 5 ms jsou podporovány dva opakované přenosy cyklických dat v různých kanálech, aby se získala lepší odolnost vůči úzkopásmovým interferencím nebo slábnutí signálu. Algoritmy přeskakování frekvencí minimalizují slábnutí signálu, ale také zlepšují chování při koexistenci a umožňují zařízením pohybovat se mezi mastery.
Bylo definováno několik konceptů ke snížení spotřeby energie, které také umožňují integrovat do bezdrátového komunikačního systému zařízení s velmi omezenými zdroji energie, jako jsou například dlouhodobě provozovatelná zařízení napájená z baterie.
Jednou z klíčových funkcí IO-Link Wireless je podpora při roamingu zařízení mezi PLC. Umožňuje mobilitu bezdrátových zařízení mezi buňkami základnových stanic tak, aby během procesu předání nebyla přerušena cyklická datová komunikace procesu mezi PLC a zařízením.

io link wireless 2021 4

Závěrem

Spolehlivé bezdrátové připojení bylo dlouho hledáno pro aplikace průmyslové automatizace. Výhody použití bezdrátového připojení pro aplikace průmyslové automatizace jsou jistě dostatečně lákavé, pokud jde o flexibilitu, snížení nákladů, vyšší mobilitu a lepší škálovatelnost. Moderní továrny chápou přidanou hodnotu flexibilní výrobní linky. Zvyšuje se poptávka po robotických ramenech, inteligentních senzorech a pokročilých akčních členech pro automatizaci a bezpilotní automatické řízené vozidlo (AGV) pro zvýšení efektivity. Jelikož je velká část zařízení přenosná a výrobní linka musí být flexibilní, je pro připojení vhodnější bezdrátové připojení. Nevýhodou použití bezdrátových sítí v průmyslových aplikacích je však to, že je mnohem těžší splnit požadavky na spolehlivost vyžadované průmyslovou automatizací.
Bezdrátový protokol IO-Link Wireless byl vytvořen, aby odpověděl na tyto výzvy - vysoká spolehlivost, nízká latence, deterministická komunikace a kompatibilita s kabelovými protokoly tovární automatizace.

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Prosím, povolte javascriptu odeslat tento formulář

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl cz unor 2021

ElektroPrůmysl.cz, únor 2021

Číslo je zaměřené na osvětlovací techniku, software v automatizační technice, elektrotechnice a energetice.

Zajímavé odkazy

Bezpapírový zapisovač OMR 700 Modulový registrační přístroj do provozů, kde je potřeba na jednom místě zobrazovat a zaznamenávat větší množství elektrických či neelektrických veličin.
Volně svorkovatelné konektory s technologií ecolink Volně svorkovatelné konektory jsou vhodné pro hygienická a vlhká prostředí, do drsných a obtížných podmínek, pro elektromagentická pole při svařování a pro oblasti s nebezpečím výbuchu.
Nová barva, snadná identifikace! NKT představila barevnou identifikaci instalačních kabelů NKT instal PLUS CYKY-J a CYKYLo-J 3 x 1,5 mm2 modrým pruhem a 3 x 2,5 mm2 zeleným pruhem.

Najdete nás na Facebooku