Čtyři osvědčené postupy pro průmyslové bezdrátové sítě LAN

Obrázek 1: Tento příklad mapy simuluje pokrytí a útlum bezdrátového připojení v objektu a ukazuje, kde je pokrytí spolehlivé a kde ne. Ilustrace poskytla společnost Siemens Industry Obrázek 1: Tento příklad mapy simuluje pokrytí a útlum bezdrátového připojení v objektu a ukazuje, kde je pokrytí spolehlivé a kde ne. Ilustrace poskytla společnost Siemens Industry

Průmyslové bezdrátové lokální sítě (LAN) vyžadují, aby byla věnována pozornost průzkumu místa, správě životního cyklu, kybernetické bezpečnosti a spolupráci.

Standard IEEE 802.11 „Wi-Fi“ byl poprvé uveden v roce 1997. Dnes již většina moderních průmyslových podniků provozuje některé, ne-li většinu svých operací prostřednictvím průmyslových bezdrátových sítí LAN (iWLAN). Jedná se o komunikační páteř výrobních a logistických modelů Průmyslu 4.0 a konceptů a technologií průmyslového internetu věcí (IIoT), které ji používají.

Na rozdíl od Wi-Fi pro domácnosti, kanceláře a veřejné prostory mají aplikace iWLAN vyšší požadavky na výkon, které mohou zahrnovat nízkou latenci, determinismus, mimořádnou spolehlivost, vysoké zabezpečení anebo přizpůsobení složitým radiofrekvenčním prostředím. Vždyť v sázce může být výrobní výkon, poškození strojů nebo zařízení, a dokonce i otázky životního prostředí, zdraví a bezpečnosti (EHS). Pokud aplikace zahrnuje vozidla využívající roaming nebo roboty (viz související články v tomto čísle), je složitost iWLAN mnohem větší.

To vše je náročný úkol, a proto sítě iWLAN vyžadují jasné pochopení požadavků aplikace a následně pečlivé technické zajištění RF přenosu, aby tyto požadavky splnily. 

Osvědčené postupy pro používání 

Ačkoli o technickém zajištění RF přenosu potřebném pro správné nasazení iWLAN existují celé knihy, tyto čtyři osvědčené postupy mohou průmyslovým podnikům poskytnout široký rámec, který jim zajistí, že investice do iWLAN budou časem maximálně využity.

  1. Průzkum lokality pro průmyslové bezdrátové sítě

V průmyslovém prostředí se obvykle vyskytují různé zdroje rádiového rušení, odrazů a pohlcování, které mohou způsobovat různý stupeň útlumu a nepravidelný průběh rádiových vln. Patří mezi ně sítě WLAN v blízkých kancelářích, sousední sítě iWLAN a systémy RFID, kovové stroje, potrubí, regály a dveře, tlusté betonové stěny, kapaliny, ba dokonce i lidé. Proto je pro úspěšné nasazení a provoz iWLAN zásadní důkladný průzkum lokality.

Cílem průzkumu lokality je zajistit dostatečné pokrytí signálem pro cílová zařízení a aplikaci prostřednictvím optimálního umístění bezdrátových přístupových bodů (AP), správného výběru kanálů a co nejlepšího poměru signálu k šumu (SNR) mezi AP a klientskými zařízeními.

K provedení průzkumu lokality budete potřebovat půdorysný výkres objektu, požadavky aplikace na rychlost přenosu dat a nástroje pro měření SNR a detekci dalších zdrojů rádiových vln, jako je software pro průzkum bezdrátových lokalit a analyzátor rádiového spektra. Pokud tyto nástroje nejsou k dispozici, můžete v této fázi návrhu iWLAN využít odborníky s profesionálním softwarem a rozsáhlými zkušenostmi s průzkumem lokality.

Dále je třeba provést vizuální prohlídku objektu, aby se ověřil půdorys, protože mohlo dojít k významným změnám původní konstrukce, a zaznamenat všechny možné zdroje útlumu, které mohou být volně stojící, jako jsou regály se skladovými zásobami nebo vybavením, stroje a zásoby. Pomocí vhodných nástrojů by měla být provedena také analýza spektra.

V této fázi lze určit, vybavit a otestovat předběžná umístění přístupových bodů. Ideální jsou vyvýšená místa, jako jsou sloupy budov (uvnitř) nebo sloupy (venku), krovy a stropy. Zařízení AP s vícenásobnými a všesměrovými anténami mohou zajistit optimální RF pokrytí a nejlépe se připojují pomocí kabeláže POE (Power-Over-Ethernet).

Při konfiguraci přístupových bodů a klientských zařízení zajistěte, aby spolu „komunikovaly“. Měly by být umístěny tak, aby jejich rádiové vlny vytvářely buňky pokrytí, které se lehce překrývají, aby nedocházelo k výpadkům signálu nebo překrývání kanálů.

Po zřízení rádiového připojení povolujte funkce vyšší úrovně, jako je zabezpečení a roaming, a to postupně, abyste mohli v případě potřeby řešit problémy s jejich přidáváním. Totéž platí pro úpravu připojení, například nastavení vysílacího výkonu nebo strategie roamingu. A nezapomeňte vše dokumentovat. 

  1. Správa životního cyklu

Správný návrh, projektování a konfigurace iWLAN může být poměrně náročný úkol. Často vyžaduje externí odborné znalosti v oblasti RF inženýrství, pokud nejsou k dispozici ve firmě. I když je možné tuto síť správně nastavit přístupem „udělej si sám“ a „uč se za pochodu“, může to spotřebovat mnoho kvalifikovaných zdrojů v oblasti informačních a provozních technologií (IT/PT), které mohou být potřebné jinde v průmyslovém podniku, a zabere to mnohem více času a úsilí než najmout odborníky na krátkodobou zakázku.

V každém případě jakmile je síť iWLAN zprovozněna a funguje podle plánu, může být tendence „nastavit a zapomenout“ pro provoz bezdrátové sítě chybou. Stejně jako každé výrobní zařízení se také iWLAN stává cenným majetkem závodu, který je třeba spravovat po celou dobu jeho životnosti.

Je také dobré zopakovat průzkum lokality. Proč? Protože v průběhu času se může prostorové uspořádání objektu výrazně změnit. Například instalace nového stroje, kovového stojanu nebo dokonce stěny či přepážky může změnit RF charakteristiky výrobního prostředí, a to buď málo, nebo hodně. Pokud se změní hodně, může iWLAN přestat fungovat úplně. Pokud je to jen málo, výkon iWLAN by mohl být neoptimální a zvyšovat riziko poruch komunikace, což by vedlo k výpadkům nebo dalším nákladům.

CTL2010 MAG2 F2 Wireless Siemens Fig2 spectral analysisObrázek 2: Odstraňování problémů se spolehlivostí průmyslových bezdrátových sítí, provádění následné spektrální analýzy a odhalování nových zdrojů rádiových vln

Součástí pravidelného průzkumu lokality by měla být také aktualizace analýzy spektra. Mohly být uvedeny do provozu nové interní systémy nebo sousední budovy využívající Wi-Fi. Tyto nové systémy, které v původní analýze spektra nebyly zahrnuty, mohou rušit nebo zvýšit hustotu bezdrátového spektra na úkor stávajících bezdrátových řešení.

Je třeba mít na paměti, že analýza spektra je pouze časový snímek, a proto by mělo být spektrum pravidelně monitorováno. Pokud nová analýza spektra odhalí významné změny, které ovlivňují stávající bezdrátové systémy, měly by být provedeny úpravy (buď nových systémů, nebo stávajících systémů), aby všechny systémy mohly koexistovat a fungovat optimálně.

Kromě změn v prostorovém uspořádání se dostupné sítě iWLAN a bezdrátové technologie budou časem nevyhnutelně vyvíjet, stejně jako se vyvíjel standard IEEE 802.11, a nyní se objevuje bezdrátové připojení 5G. Závodům používajícím starší technologie Wi-Fi mohou vznikat náklady z důvodu ušlé příležitosti, protože novější bezdrátové technologie mohou poskytovat více funkcí, často za nižší cenu. 

  1. Kybernetická bezpečnost

Průmyslové podniky – zejména kritická infrastruktura, jako jsou elektrárny, ropné a plynárenské provozy, doprava a další – jsou významným cílem kybernetických hrozeb. Vezměte si ransomware. Může zašifrovat kód nebo data potřebná k provozu stroje nebo procesu a požadovat platbu za jejich odšifrování. Pachatelé se stále častěji zaměřují na velké průmyslové provozy, protože výkupné může být mnohem vyšší než u jednotlivců nebo malých a středních podniků. Dobrou zprávou je, že hardware iWLAN je vybaven integrovanými bezpečnostními funkcemi, jako jsou firewally, šifrování a ověřování zařízení. Přídavný hardware může poskytovat funkce virtuální privátní sítě (VPN). V některých komponentách je třeba tyto funkce nakonfigurovat při nasazení, což je krok, který může být přehlédnut a způsobit, že síť iWLAN bude zranitelná vůči vniknutí.

Další informace o kybernetické bezpečnosti najdete v internetové verzi tohoto článku v bodu 4. Spolupráce IT/PT, včetně doporučení pro zvýšení spolehlivosti stávajících průmyslových sítí WLAN.

Richard Kluth je konzultant pro síťová řešení společnosti Siemens Industry. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com