Nic dodać, nic ująć


Dennis Brandl prezes BR&L Consulting

Wciąż pojawia się wiele nowych standardów i systemów sieci bezprzewodowych z całą plejadą nowych nazw do opanowania i zapamiętania. To różne Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, WiMax czy WiMedia. Zanim nadejdzie czas, gdy rynek sam wyznaczy zwycięski system, wygląda na to, że na razie będą koegzystować trzy główne standardy sieci bezprzewodowych w obszarze automatyki i sterowania: Wi-Fi, WiMax i ZigBee.
 Wi-Fi (IEEE 802.11b) to skrót od „wireless fidelity”, czyli wierności (odwzorowania, przekazu) bezprzewodowego. To nazwa handlowa promowana przez stowarzyszenie wspierania zgodności z bezprzewodowymi standardami ethernetowymi WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance). Wi-Fi zastępuje IEEE 802.11b, podobnie jak handlowa nazwa Ethernet zastępuje oznaczenie standardu IEEE 802.3. Główną zaletą Wi-Fi w układach sterowania i automatyki jest możliwość redukcji okablowania. W wielu systemach sterowania mniej niż połowy czasu uruchamiania wymagają ustawienia sprzętowe, a większość czasu pochłania upewnienie się, że komponenty sterujące działają właściwie, a infrastruktura sieciowa i infrastruktura systemu sterowania są poprawne. 

"Sieci bezprzewodowe pozwolą na szybką rekonfigurację sprzętu, co w praktyce oznacza, że układy automatyki i sterowania staną się równie elastyczne"

To rozruchowe wąskie gardło często stanowi kryterium oceny systemu sterowania. Uwzględniając problemy z okablowaniem, trzeba przyznać, że znakomita większość wysiłków spełza na obsłudze linii przewodów, które muszą być przeprowadzone i sprawdzone. Skala (i czas) wysiłków wyraźnie zależy więc od liczby (skali) kablowania. Ethernet i sieci czujników doprowadziły do redukcji liczby kabli, ale zastosowanie Wi-Fi tym (i jeszcze) bardziej zmniejsza potrzebne okablowanie i konieczność sprawdzania połączeń. 
WiMax (IEEE 802.16a) to dużej mocy system bezprzewodowej komunikacji radiowej, wspierany przez WiMax Forum (www.wimaxforum.org). Został on zaprojektowany do połączeń na znaczne odległości (do ok. 45 km) i eliminuje konieczność układania długich szerokopasmowych linii połączeń kablowych. Zmniejsza koszty połączeń wewnątrz budynków i miedzy budynkami. WiMax pozwala budować sieci szkieletowe (backbone) dla systemów automatyki i sterowania, które są fizycznie odseparowane od sieci szkieletowych systemów informatycznych przedsiębiorstw, co znacząco poprawia bezpieczeństwo, niezawodność i wydajność. 
ZigBee (IEEE 802.15.4) to system łączności bezprzewodowej o niewielkim zasięgu i bardzo niskim poborze mocy, wspierany przez stowarzyszenie ZigBee Alliance (www. zigbee.org. zigbee.org). Jest w tej kategorii unikalny o tyle, że definiuje oczka sieci komunikacyjnej (mesh), w której pomiędzy poszczególnymi węzłami (node) istnieje wiele możliwych dróg transmisji informacji (path), a każdy węzeł może przechowywać informacje i przekazywać je do innych węzłów. Nazwa ZigBee pochodzi od skrótu myślowego „zig-zag path of bee-s” (dosł. zygzakowaty szlak pszczół), co staje się jasne, gdy wyobrazimy sobie pszczołę latającą zygzakiem od kwiatka do kwiatka i tor jej lotu tworzący siec z okami. Takie sieci z obecnymi zamkniętymi okami zapewniają nadmiarowość (redundancy) i wielowariantową elastyczność (resiliency). ZigBee dzięki minimalnemu poborowi mocy zasilania może być stosowana w systemach zasilanych bateriami. Wyjściowe obszary zastosowań to: sterowanie w przemyśle, automatyzacja inteligentnych budynków, domowe urządzenia sterujące, z naciskiem na obsługę macierzy czujników (sensor arrays) i na sterowniki cyfrowe. 
Jednym z najważniejszych impulsów stymulujących pojawianie się nowych rozwiązań bezprzewodowych w produkcji będzie rosnący nacisk na elastyczność produkcji. Niektóre wiodące przedsiębiorstwa produkcyjne już zaprojektowały i stosują modułowe systemy, które mogą być szybko przekonfigurowane do wytwarzania różnych produktów i różnych przepływów procesów technologicznych oraz wytwórczych. Na konferencjach Światowego Forum Produkcji Wsadowej (World Batch Forum) stale pojawiają się raporty o przenośnym wyposażeniu i modułowych konstrukcjach. Stosowanie sieci bezprzewodowych przyspieszy użycie wielokrotnie konfigurowalnych systemów, czyniąc taką rekonfigurację i sprawdzanie jeszcze prostszymi. Zwiększy to popyt na elastyczne systemy sterowania, których rekonfiguracja wymaga godzin, zamiast dni. Sieci bezprzewodowe pozwolą na szybką rekonfigurację sprzętu, co w praktyce oznacza, że układy automatyki i sterowania staną się równie elastyczne. Będzie to wymagać modularyzacji architektury tych systemów i w stadium projektowania, i w stadium wdrożenia. 
Projektanci systemów sterowania będą wykorzystywać modularne architektury i koncepcje, takie jak np. te zdefiniowane w standardzie ISA 88. Ostatnie prace komitetu standaryzacyjnego ISA SP88 Commitee oraz OMAC (patrz np.: www.omac.org) demonstrują, jak można tego dokonać. Indywidualnie „skrojone na miarę” systemy sterowania z każdym z poszczególnych elementów dobranym indywidualnie (custom-made) muszą zostać zastąpione systemami składanymi z predefiniowanych, typowych elementów, przy czym ilość „kleju softwareowego” (glue code) spajającego poszczególne moduły musi zostać zmniejszona do minimum. 
Przewagą technik bezprzewodowych będzie nieoczekiwana żelazna konsekwencja wymuszająca bardziej elastyczne systemy sterujące. Spełnienie wymogu zdolności do szybkiego fizycznego przekonfigurowania linii produkcyjnych musi jednocześnie: być połączone i odpowiadać zdolności do szybkiego zdefiniowania i zaimplementowania nowych strategii sterowania oraz nowych reguł prowadzenia procesu produkcyjnego (manufacturing rules).  
Dennis Brandl (dbrandl@brconsulting.com)  jest prezesem firmy konsultingowej, koncentrującej się na przemysłowych rozwiązaniach z zakresu IT:  BR&L Consulting. 
Artykuł pod redakcją  Adama Majczaka