Jistě není pochyb že spínané či binární signály (jak chcete) či standardizované analogové výstupy typu proudová smyčka 4-20 mA či 0-10 V se v průmyslu stále používají a používat budou současně se stále důmyslnějšími datovými komunikacemi. Proč je tedy také nepřenášet bezdrátově? Provést to se současnými integrovanými obvody není prakticky skoro žádný problém, přesto takových kompletních modulů v průmyslovém provedení pro nasazení do nejtěžších podmínek často velmi špinavého těžkého a strojírenského průmyslu zase moc není. Přesto, že takové moduly pro bezdrátový přenos jsou obvykle dražší než samotný kabel, často však celá realizace vzduchem vyjde stejně draho nebo i levněji vzhledem k stále vyšším nákladům na pracovní sílu (pracovníky) provádějící pokládku kabelů. Navíc je bezdrátová realizace přenosu rychleji nainstalovaná, než kabely.

Bezdrátová komunikace Banner SureCross™ Wireless Network

Pro výše uvedené důvody mě proto zaujalo bezdrátové řešení společnosti Banner označené jako SureCross Wireless Network. To umožňuje obousměrně vzduchem přenášet binární a analogové signály prostřednictvím vzájemné komunikace uzlů (modulů Node) s bránou (modulem Gateway) na vzdálenost až 3.2 km v případě komunikační frekvence 2.4 GHz (pásmo 2.400 až 2.4835 GHz) nebo až 4.8 km v případě frekvence 900 MHz (pásmo 902 až 928 MHz). Samozřejmě to platí pro přímou viditelnost a s použitím externí anténky. Bezdrátový přenos dat tedy probíhá ve volných frekvenčních pásmech označovaných jako pásmo ISM.

Komunikace mezi bránou a uzlem či uzly probíhá digitálně paketově, což umožňuje současně v jednom frekvenčním pásmu obousměrně přenášet informace o 12 binárních stavech nebo 8 binárních stavech a 4 analogových hodnotách z mnoha uzlů v mnoha paralelně provozovaných sítích. K samotnému přenosu paketů se využívá technologií FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) a TDMA (Time Division Multiple Access). Zatímco FHSS provádí náhodné přeskakování z frekvence na frekvenci, čímž se eliminuje vliv okolního rušení na přenos dat v jednotlivých komunikačních kanálech a sítích, TDMA provádí časovou multiplexaci, aby na jedné frekvenci mohlo "zároveň" vysílat více modulů. Banner SureCross™ Wireless Network byla vyvinuta jako topologie typu hvězda (Star). Často se však používá jen jako vícenásobná komunikace bod-bod (point-to-point), tedy v jednom místě pracuje více dvojic brána-uzel. Vzájemné odlišení více sítí hvězda nebo bod-bod je realizováno identifikačním číslem sítě ID, které se nastavuje hardwarově na otočném přepínači či přepínačích na modulu Gateway.

Bezdrátové přenosové moduly Banner SureCross DX70

Bezdrátové přenosové moduly Banner SureCross DX70 slouží k bezdrátovému snadnému přenosu binárních a analogových signálů prostřednictvím sítě SureCross™ Wireless Network. Moduly uzlů (Node) i brány (Gateway) jsou v odolném provedení průmyslového polykarbonátového téměř krychlového pouzdra (velikost 80 x 80 x 60 mm) s krytím IP67 / NEMA 6 s dvěma otvory pro průchodky, dvěma indikačními dvoubarevnými LED diodami indikujícími stav napájení a sílu signálu bezdrátové sítě, konektorem pro externí anténu a snímatelným plexisklem chránící dva otočné 16polohové přepínače pro nastavené ID sítě. Uvnitř, po odšroubování a odklopení horní části s řídící elektronikou, je pak umístěna rychlovypínací svorkovnice pro vodiče do průřezu 2.5 mm2, kde některé svorky se chovají jako binární nebo analogové vstupy a některé jako binární nebo analogové výstupy. Jeden výstup (DO1) může pak být použit jako diagnostický výstup hlásící problém v komunikaci. Analogové rozhraní zde reprezentuje proudová smyčka 0-20 mA a binární výstupy jsou dle nastavení řídících DIP přepínačů typu NPN nebo PNP. Mimo to se zde připojuje i napájení 10 až 24 VDC (v USA je to až 30 V, ale pro EU musí být modul napájen z omezeného zdroje výkonu (dle EN 60950-1). Spotřeba je pak dle výrobce max. 1.4 W (60 mA při 24 VDC). Provozní teplota je pak velmi široká (-45 až 85 °C).

I když bezdrátová síť Banner SureCross™ Wireless Network byla vyvinuta jako topologie typu hvězda (Star) a v případě složitějších modulů DX80 tak opravdu funguje, v případě zde popisovaných jednodušších modulů DX70 se jich častěji využívá jen jako čistá bezdrátová náhrada kabelu, tedy komunikace jednoho modulu Node s jedním modulem Gateway. Pak totiž je k dispozici plná obousměrná komunikace, kdy změna logického stavu nebo analogové hodnoty proudu na příslušného vstupu jednoho modulu (například binárního vstupu DI2 v modulu Node) se projeví jako změna stavu nebo hodnoty na příslušném stavu druhého protilehlého vzdáleného modulu (tedy v našem příkladě DO2 v modulu Gateway) a obráceně (změna na vstupu modulu Gateway se projeví jako změna na příslušném výstupu modulu Node). To je zajištěno vytvořením komunikačního kanálu (sítě) s identifikačním číslem ID nastaveným dvěma otočnými přepínači na modulu Gateway v rozsahu 1 až 32. Ten se během inicializace návázání spojení mezi bránou a uzlem zaznamená do paměti uzlu. Tím je jednoznačně určen komunikační kanál, tedy "svázána" dvojce konkrétních modulů Gateway a Node. Použití topologie hvězda, kdy se na jednu bránu "pověsí" více uzlů, sice principielně možná je, ale pak je komunikace omezena buď na stav, že všechny uzly mají uložené stejné ID a pak hodnota na vstupu modulu Gateway způsobí současně změnu stavu příslušného výstupu u všech modulů Node nebo má každý uzel uložené jiné ID, ale pak je nutné před každou komunikací z příslušným uzlem mechanicky na otočných přepínačích modulu Gateway přepnout hodnotu ID.

K nastavení volitelných vlastností modulů slouží již výše zmíněné DIP přepínače. Je jich 8 a mimo společného nastavení funkce všech binárních výstupů NPN/PNP, také umožňují nastavit, co se má stát s výstupy, pokud dojde k přerušení komunikace (ať již z důvodu vypnutí napájení protilehlého modulu, zastínění nebo zarušení RF signálu nebo jiného problému - poruchy). Buď přejdou všechny výstupy do stavu log.0 nebo log.1 nebo zůstanou "zablokovány" na posledních známých stavech. Dále se nastavuje časový limit udržení spojení (časování spojení) na 1 nebo 4 sekundy. Poté se spojení naváže vždy, když dojde ke změně stavu na některém vstupu obou do komunikace "svázaných" modulů (Gatway a Node).

Přehled vlastností modulů Banner DX70 bezdrátového systému SureCross

• Obousměrná (full duplex) bezdrátová komunikace v pásmech ISM 900 MHz nebo 2.4 GHz
• Až 32 různých komunikací bod-bod (bezdrátových náhrad kabelu) v jednom místě
• Digitální přenos prostřednictvím technologií FHSS a TDMA
• Max. dosah: až 3.2 km (pásmo 2.4 GHz) a až 4.8 km (pásmo 900 MHz)
• Min. dosah: 2 m (bližší umístění modulů může způsobit jejich přebuzení)
• Přenosový výkon: 18 dBm při 2.4 GHz (dle EIRP může být max. 20 dBm), 21 dBm při 900 MHz
• Anténa: vnitřní + lze připojit vnější přes z pouzdra vyvedený konektor
• Vstupy:
  • 4 nebo 8 binárních spínaných (log. 1 > 8 V; log. 0 < 5 V)
  • 2 analogové (proudová smyčka 0-20 mA)
• Výstupy:
  • 4 nebo 8 binárních spínaných NPN nebo PNP
  • 2 analogové (proudová smyčka 0-20 mA)
• Odezva vzdálených výstupů na změnu vstupů: 62.5 ms
• Indikace: 2x dvoubarevná LED (napájení, signalizace stavu komunikace)
• Napájení: 10 až 24 V DC / 40 mA
• Krytí: IP57, NEMA 6
• Rozměry pouzdra: 80 x 80 x 60 mm (bez externí antény)
• Materiál pouzdra: polykarbonát
• Pracovní teplota: -40 °C až 85 °C

Příklady použití

• Bezdrátová náhrada kabelu
• Dálkové řízení rozběhů strojů / motorů
• Bezdrátový přenos signálů ze snímačů (tlaku, teploty, polohy, přiblížení apod.)
• Spínání vzdáleně umístěné indikace (světla, houkačky apod.)
• Bezdrátový přenos stavu stisknutí tlačítek nebo přepnutí přepínačů
• apod.

Závěr

Bezdrátový přenos spínaných logických a analogových signálů prostřednictvím Banner SureCross™ Wireless Network a modulů DX70 je velmi zajímavá alternativa k dnes stále běžné pokládce kabelů. Zvláště někdy může být kabelová cesta velmi dlouhá a pokládka kabelů velmi náročná, i když je například mezi ovládaným strojem a ovládacím pultem přímá viditelnost a jsou relativně blízko. Navíc z výše uvedeného je patrné, že instalace modulů a nastavení komunikace je velmi jednoduchá a provádí se plně hardwarově, tj. bez jakéhokoliv programování a použití PC. Proti tomu pokládka kabelů může někdy trvat i několik dní a může vyžadovat i stavební úpravy již stávajícího prostoru, což je vždy nepopulární.

Jinak v ČR produkty Banner prodává společnost Turck, včetně zde popsaných modulů. Jejich cena se pohybuje okolo 11 000 Kč za modul. Tzn. za jednu bezdrátovou náhradu i několika kabelů je nutné vytáhnout částku cca 22 000,- Kč (Gateway a Node). To sice není málo, ale dodávka a pokládka kabelů pro vzdálenosti větší než cca 300 m, taky už není "zadarmo" ...

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka české pobočky společnosti Turck, distributora uvedených indikátorů v ČR - www.turck.cz
• Centrální domovská stránka společnosti Banner Engineering Corp., výrobce indikátorů - www.bannerengineering.com
• Domovská stránka evropské pobočky Banner Europe, výrobce indikátorů - www.bannereurope.com
• Článek "TEST - Vícebarevné kompaktní LED světlo s IP67" na stránkách serveru automatizace.hw.cz
• Další praktické TESTy tlačítek, kabelů, PLC a různých snímačů apod. najdete na stránkách serveru automatizace.hw.cz