Со все большим распространением сетей IP в промышленной области беспроводные сети проникают и на производство.

Технология беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN) часто используется для подключения к корпоративным сетям на базе IP. Со все большим распространением сетей IP в промышленной области беспроводные сети проникают и на производство, вследствие чего открываются совершенно новые возможности для реализации различных приложений. Однако необходимой предпосылкой их применения является способность компонентов WLAN работать в условиях промышленного производства.

Сети IP успешно применяются на производстве вот уже в течение нескольких лет. Давно доступны многочисленные адаптеры Ethernet для полевых шин, к примеру адаптеры Ethernet для Modbus и Profibus. Подключение программируемых контроллеров производится посредством компонентов Ethernet или устройств сопряжения на уровне IP. Критичные приложения реального времени, безусловно, нельзя реализовать с помощью недетерминированных соединений Ethernet. Однако квазидетерминированное поведение в случае умеренно загруженных сетей Ethernet с соответствующей приоритезацией услуг (в поле «тип услуги» — Type of Service, ToS) вполне реализуемо. Таким образом, решения на базе WLAN способны обеспечить поддержку «некритичных» приложений реального времени.

СРАВНЕНИЕ С ТРАДИЦИОННЫМИ БЕСПРОВОДНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

Использование технологии беспроводных сетей в промышленности обеспечивает не только большую гибкость, но и обладает экономическими преимуществами по сравнению с традиционными решениями. Если, к примеру, датчики и исполнительные элементы до сих пор подключались непосредственно к вышестоящей системе управления, то современные чувствительные и исполнительные элементы в этом не нуждаются: отчасти они развились до интеллектуальных подсистем управления — так называемых «умных регуляторов», которые предоставляют более высокое качество управления по сравнению с традиционными устройствами. В соответствии с такой тенденцией прямое подключение к вышестоящему программируемому контроллеру может быть заменено на канал передачи данных на базе Ethernet с использованием IP. Значительную часть затрат на такую систему управления составляет проводка — в данном случае проводка Ethernet. Если в процессе совершенствования системы потребуются некоторые изменения, то это повлечет за собой новые расходы на проводку для подключения дополнительных датчиков и исполнительных элементов. Иногда последующие адаптации просто невозможны, поскольку для их проведения необходимо демонтировать машины.

Пригодные для применения в промышленности решения WLAN способны заменить дорогостоящую проводку Ethernet беспроводной сетью в соответствии с комплектом стандартов 802.11. В большинстве случаев благодаря сравнительно небольшим объемам передаваемых данных можно использовать оборудование стандарта 802.11b с номинальной скоростью передачи 11 Мбит/с. Для приложений с более интенсивным трафиком доступен обновленный стандарт 802.11g с номинальной скоростью передачи данных до 54 Мбит/с. Однако скорость передачи увеличивается за счет снижения радиуса действия: для покрытия одной и той же площади на скорости 54 Мбит/с необходимо значительно большее количество точек доступа (приблизительно в четыре-пять раз).

Например, для управления отдельными машинами или роботами, к порту Ethernet вышестоящего блока управления подсоединяется точка доступа (см. Рисунок 1). В созданной ею радиоячейке исполнительные элементы могут подключаться без использования проводов. Беспроводные клиенты оснащаются интерфейсом Ethernet для подключения датчиков или исполнительных элементов, в новейших моделях беспроводные радиомодули интегрируются в интеллектуальные регуляторы. В результате изменения в исполнительных элементах осуществляются быстро, внедрение дополнительных датчиков также проходит без проблем.

Большое преимущество подобной инсталляции заключается в непосредственном доступе к датчикам на уровне IP. К тому же интеллектуальные регуляторы часто предлагают интегрированный сервер Web для определения параметров, посредством которого становится возможным беспроводной доступ к датчикам при помощи решения WLAN. Последние данные о состоянии и диагностике можно, к примеру, передавать на ноутбук для анализа, при этом сам пользователь находится за пределами опасной области машинного зала.

В автомобильном секторе адаптеры WLAN встраиваются в устройства обслуживания и диагностики, позволяя загрузить по Internet последние версии встроенного программного обеспечения, не выходя из офиса. Таким же образом обеспечивается сравнение параметров транспортного средства с данными производителя.

Поскольку без вычислительной техники производство уже немыслимо, станции и машины для обработки данных требуется объединить в одну сеть. Самые гибкие возможности предлагает беспроводная сеть. При этом при помощи мобильных терминалов или КПК можно дополнительно управлять потоком материалов, а степень готовности продукции отслеживать на всех этапах производственного цикла. Такой непрерывный мониторинг позволяет оптимизировать контроль за качеством материалов и ведет к заметному снижению затрат.

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТОЧКИ ДОСТУПА

Предпосылкой такого использования является наличие точек доступа, способных работать в условиях промышленного производства. Устройства должны соответствовать принятым стандартам защиты от попадания посторонних предметов и веществ (Ingress Protection, IP), а также выдерживать воздействие внешних условий, будучи защищенными от загрязнений и колебаний температур. Двухзначный код IP определяет соответствующий класс защиты: первая цифра означает уровень защиты от контактов и чужеродных тел, вторая — от влаги.

Рисунок 2. Точки доступа продуктовой линейки Artem Compoint Industrial: в корпусе из специальной стали стандарта IP40 (сверху), в корпусе для использования вне помещений стандарта IP65 и в корпусе для установки на монтажную шину (внизу слева).

Для агрессивных сред предлагаются точки доступа в корпусах из специальной стали IP40 (см. Рисунок 2). При встраивании в распределительные шкафы (спецификация корпуса IP20) они устанавливаются непосредственно на монтажные шины. Разъемы антенн выводятся из шкафа, и в них устанавливаются соответствующие внешние антенны. При помощи подогреваемого, защищенного от рабочей воды корпуса (IP65) возможна работа в так называемых средах глубокой заморозки — в морозильных камерах. Само собой, такие устройства пригодны и для использования вне помещений при низкой температуре и высокой влажности.

ИЗМЕРЕНИЯ ЭФИРА

Промышленность предъявляет особые требования к готовности беспроводной сети — в отношении как доступности сети для клиентов, так и отказоустойчивости. И то и другое обеспечивается лишь путем проведения предварительных измерений эфира. Только так можно гарантировать, что все клиенты в заранее определенных областях будут получать непрерывный доступ к сети, а мобильные клиенты прозрачным образом станут перемещаться из одной зоны в соседнюю (роуминг). Благодаря планированию соответствующих перекрытий радиоячеек даже в случае отказа отдельных точек доступа беспроводная сеть продолжит свое функционирование. На основе измеренных значений можно найти потенциальные источники ошибок в частотном диапазоне или со стороны других пользователей, чтобы администратор мог согласовать радиопараметры с этой информацией.

БЕЗОПАСНОСТЬ В БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ

Для беспроводной сети безопасность является столь же важным аспектом, как и для проводной. Прежде всего необходимо защитить переход из одной сети в другую, чтобы WLAN не стала «потайной дверью» в корпоративную сеть, где хранятся данные, которые ни в коем случае не должны попасть в чужие руки. Во-первых, необходимо защитить сеть от несанкционированного доступа посторонних лиц, а во-вторых — предотвратить простое прослушивание данных.

Современные механизмы обеспечения безопасности для беспроводных сетей, соответствующие стандарту 802.11i (WPA2), исключают обе возможности атаки. Защита доступа осуществляется посредством аутентификации на установленном в сети сервере RADIUS. С его помощью генерируется дополнительная пара ключей для шифрования, поэтому прослушивание и перехват данных в виде открытого текста невозможны. Более простой вариант представляет собой шифрование WPA с заранее определенным ключом (заранее разделенный ключ — PreShared Key, PSK). Кроме того, дополнительной преградой оказывается виртуальная частная сеть (Virtual Private Network, VPN), например при применении шлюза IPSec и соответствующего клиента IPSec.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Преимущества беспроводных сетей по сравнению с традиционными промышленными сетями очевидны: большая гибкость, идеальная мобильность и удобство работы при существенно меньшей стоимости. Беспроводная сеть быстро инсталлируется и открывает новые возможности для развития промышленной инфраструктуры. В заводских цехах и складских помещениях реализацию множества сценариев применения обеспечивает лишь она. Часто такие сети обладают лучшей эксплуатационной надежностью: беспроводной клиент менее подвержен поломкам и удобнее устройства, за которым тянется кабель. Кроме того, гибкие дорогие кабели, приобретаемые для производственных помещений, нужно периодически менять. И в этом случае преимущество WLAN очевидно: радиоволны не изнашиваются.

Бернд Зельград — инженер по предпродажной подготовке из компании Funkwerk Enterprise Communications. С ним можно связаться по адресу: pf@lanline.awi.de.

? AWi Verlag