Технология беспроводной связи Bluetooth в промышленной автоматизации насосных систем
Для контроллера на контроллер координации, беспроводные Bluetooth является отличной альтернативой классу 3 радиостанции.
Разработка Bluetooth Special группы по интересам (SIG), не некоммерческая торговая ассоциация, беспроводной технологией Bluetooth ® была создана в ближней координации технологии. Его целью было заменить кабели, соединяющие переносные и стационарные устройства, сохраняя при этом высокий уровень безопасности. SIG стремился развивать некоторые ключевые особенности дизайна для технологий, включая:
Прочность
Малая мощность
Низкая стоимость
Радио классификации
Сотовый телефон ухо почки являются наиболее распространенными устройствами Bluetooth. Можно задаться вопросом, как эта же самая технология, которая оптимизирована власти и общается на короткие расстояния могут быть использованы в промышленных условиях. В этих условиях, мощные радио, необходимых для покрытия больших расстояний и пройти, или вокруг, оборудование завода и стен.
Типичный interfernece порожденных оборудования часто встречаются в промышленных приложениях. 2,4 ГГц выше, чем в большинстве интерференции, производимой работающего оборудования, что делает его идеальным частоты для промышленного применения.
Три различных классов радио доступны для использования в промышленных условиях.
Класс 3 радиостанции имеют диапазон до 1 метра или 3 фута.
Класс 2 радиостанции повсеместно на мобильных устройствах и имеет диапазон от 10 метров или 33 футов.
Класс 1 радиостанций в основном используются для промышленного применения и имеют диапазон до 100 метров или 300 футов.
Многие устройства бытовой электроники использовать класс 3 радио для передачи коротких расстояниях. Эта технология хорошо подходит для таких устройств, как беспроводные вкладыши с сигналами нужно только пройти несколько шагов и требует очень мало энергии. Более мощных устройств необходимы для промышленных классов управления.
В зависимости от назначения, класса 1 или 2 радио будет лучшим выбором для промышленных систем управления. В большинстве случаев, контроллеры поставляются с достаточно власти. Таким образом, власть оптимизация не является топ рассмотрения.
Рабочая частота
Беспроводные устройства Bluetooth работают в нелицензированных частот 2,4 ГГц ISM диапазоне частот. Отложите для промышленного, научного и медицинского (ISM) устройств, группа доступна для использования в большинстве стран. Высокая частота делает его идеальным для промышленных коммуникаций. Оборудование, работающее на цехов создает базу частот, которые могут помешать беспроводной связи. Тем не менее, они, скорее всего, работают на более низких частотах.
Перескок частоты
Bluetooth система работает в диапазоне частот от 2400 МГц до 2,483.5 МГц. Эта группа делится на 79 радиочастотных (РЧ) каналов и приказал от 0 до 78. Радиочастотные каналы разнесены друг от друга 1 МГц, начиная с 2402 МГц. Такая высокая пропускная способность еще одно преимущество в результате использования без лицензии Группа ISM.
Устройства связи по Bluetooth сети используют специальный шаблон со скачкообразной перестройкой частоты, которые алгоритмически определяется спецификацией Bluetooth. Основные прыжковой картина псевдослучайных упорядочение 79 частот. Эта модель может быть адаптирована, чтобы исключить часть частот, используемых другими устройствами на полосе ISM, таких как Wi-Fi. Это прыжковая техника улучшает Bluetooth устройство сосуществования со статическими системами ISM, когда в рамках одного объекта.
Безопасность
Безопасность является еще одно соображение для промышленной беспроводной передачи данных. Может кто-то варенье или манипулировать данными, которые передаются? Команда Bluetooth SIG подчеркнул безопасности с момента создания стандарта. С более чем 8000 членов глобальной, специалист по безопасности в SIG группа состоит из экспертов в области безопасности беспроводных.
Bluetooth 2.0 + EDR Стандарт также определяет три уровня безопасности, что позволяет разработчикам выбирать оптимальный уровень безопасности для своих Bluetooth-оборудованных продукта. Трех уровней, указанных в спецификации, являются:
Режим защиты 1: незащищенное
Режим безопасности 2: уровень сервиса насильственных безопасности
Режим безопасности 3: канального уровня насильственных безопасности
Более низкие уровни безопасности предназначены для простых устройств, таких как наушники. Эти типы устройств, как правило, не имеют аппаратной, как дисплеи или пользовательских интерфейсов, предотвращая углубленного безопасности создана. Промышленное применение контроля должны использовать самый высокий уровень безопасности возможно. Промышленные контроллеры обычно используют компьютеры со сложным программным обеспечением для настройки и разработки кода, что позволяет более высоком уровне конфигурации безопасности. Один из вариантов, который нужно использовать это сопряжение устройств. Управление инженеры должны иметь возможность предварительно настроить, какие устройства могут общаться по Bluetooth сети. Это достигается за счет сопряжения устройств с Media Access Control (MAC) удостоверения личности. Если атакующий устройство входит в сеть, оно не будет разрешено общаться в сети, его MAC ID не признан.
Дело результаты
Шифрование также должна быть использована в беспроводных промышленного контроллера к контроллеру координации. С дебетовой карты на мобильный телефон голосовая почта доступа, большинство бытовой электроники использовать PIN-код (как правило, из четырех цифр). Тем не менее, исследование показало, что типичный компьютер может расшифровать четырехзначный ПИН-код менее чем за одну секунду. Чем дольше PIN-код, тем более трудно "взломать". Считается, что восемь цифр PIN-кода может занять до 100 лет, чтобы расшифровать используя современные компьютеры и современные алгоритмы.
Bluetooth 2.0 + EDR спецификация позволяет производителям использовать гораздо дольше, PIN-код, обеспечивающий более случайности. Эта спецификация позволяет 16-значный буквенно-цифровой, с учетом регистра PIN-код, который дает около 95 бит энтропии. Эта технология Secure Simple Pairing в Bluetooth спецификации.
Технология испытаний
Bluetooth модуль RF трансивер был изготовлен для использования в промышленных условиях. Производитель тестировал Tranceiver в производственной среде. Это испытание было проведено в штаб-квартире Северной производителя американца. Целью тестирования было оценить производительность двух модулей Bluetooth и измерить связь времен между двумя модулями в различных условиях в производственной среде. Факторы, включая расстояние, вмешательство и количество общения устройства.
Настройка
Идентичные узлы, используемые в тестировании, чтобы имитировать контроллера к контроллеру координации. Каждый узел, содержащийся Ethernet TCP / IP программируемый контроллер Fieldbus, цифровых входов и выходов модуля и Bluetooth модуль.
Для теста, Slave 1 был помещен в утилиту завода комнатной где источником электрических помех может быть активирован с-Master 1 на открытых площадках на различных расстояниях. Позже, Slave 1 был перемещен через цехе за стеной у автоматизированная система поиска деталей. После этих испытаний, Slave 1 был помещен в офисных площадей за лифт и тестовая программа была повторена. Смотрите рисунки 2 и 4
Программа круглого время поездки
Программа была создана для оценки эффективности Bluetooth-модули. Он измерил длину Время, затраченное на передачу данных от ведущего к ведомому, а затем получить его обратно.
Для каждого раба, хозяин послал из системного времени в начале передачи. Между тем, раб непрерывно вернулся в тот же образ процесса, который он получил. Хозяин смотрел эти входящие пакеты, а когда она обнаружила временную стоимость эквивалентна одной его послал, он записал новое системное время. Круглые время поездка была рассчитана как разница между два раза системе.
Мощность сигнала
Возможность измерения силы сигнала Bluetooth была доступна через конфигурацию программного обеспечения Bluetooth модуля. Номинальная сила сигнала зарегистрирован в 0 дБ. Типичные значения от 0 до 4 дБ. Во время тестов, что ослабило сигнал из-за большого расстояния и препятствия, в диапазоне от 8 дБ и 15 дБ наблюдалось, но не имеют пагубные последствия для системы. Наиболее влиятельным из аспектов этого значения явно расстояние между узлами.
Скорость передачи ошибке
Скорость передачи данных ошибка означает, что процент переданных данных, утраченных в результате вмешательства или поврежденных пакетов. Эта диагностика также осуществляется через конфигурацию программного модуля Bluetooth. Когда пакеты будут потеряны, они повторно, тем самым увеличивая время круглого поездки. Результаты показали, что размер образа процесса (и, следовательно, размер пакета), модуля Bluetooth и некоторыми препятствиями оказали наибольшее влияние на это.
В целом, Bluetooth модулей с прилагаемой антенны появились достаточно устойчивы к шуму и других источников помех. Разнообразные попытки ухудшить сигнал при прочих нормальных условиях эксплуатации, но в каждом случае передачи остается надежной. Эти попытки и источники включены промышленные компрессора, двухтактный бензиновый двигатель, а также частотно-регулируемого привода (VFD). Единственный сценарий, в котором данные стало труднее получить участвовало несколько стен, лифтов и справедливое расстояние между двумя узлами. В этом тесте, сила сигнала была выше, чем на 20 дБ, а уровень ошибок превышает 25 процентов. Дальнейшее тестирование для точной причины были неубедительными.
Применения
В то время как использование технологии Bluetooth является новым для этой отрасли, она была реализована в реальных приложениях в Европе и в США, в Европе, в настоящее время используется в воды / очистки сточных вод. В этом приложении используется для передачи данных из отдаленных компонентов, где кабель сложно и / или слишком дорого.
В США производителя подшипников используют технологию для отображения доступен / недоступен ключевых показателей эффективности в кузнечно-прессовых машин завода. Данные отображаются на корпоративном сайте.
Заключение
От использования и тестирования приложений, Bluetooth технология оказалась хорошо подходит для контроллера на контроллер координации в промышленных условиях. Эта технология предоставляет возможность для мощного радио, что может общаться внутри здания до 100 м или 328 футов. 2.0 + EDR спецификация включает в себя сложные методики безопасности для хранения данных и операций безопасности. Выбор в диапазоне 2,4 ГГц позволяет его использование во всем мире и является выше, чем вмешательство частоты обычно генерируются управления промышленным оборудованием. При скачкообразной перестройкой частоты, Bluetooth может сосуществовать с другими системами, использующими диапазон ISM, таких как Wi-Fi.
Справка: Bluetooth SIG.Спецификация Bluetooth версии 2.1. EDR Объем стр. 57-60.
Сосуществование Беспроводная система в технологии автоматизации - Пояснения по надежной параллельной работы беспроводных решений радио, ZVEI - немецкий электрических и электронных производств Ассоциации.
