System bezprzewodowych przełączników przemysłowych o dużych możliwościach

Rys. 1. Przykładowe rozwiązania przełączników bezprzewodowych

W ostatniej dekadzie technologie bezprzewodowe przeżywają niesłychany rozkwit zastosowań, który obejmuje także wymagające i odpowiedzialne dziedziny techniki jak m.in. przemysł. Dlatego powstał system bezprzewodowych przełączników Limitless firmy Honeywell przeznaczony do zastosowań w przemyśle w roli wyłączników krańcowych i czujników pozycji systemów mechanicznych, zapewniając wysoką jakość i niezawodność łączeniową. Jednocześnie elementy te nie wymagają okablowania. Są one używane w bramkach wejściowych, windach, drzwiach, systemach kontroli obecności w obiektach i dziesiątkach podobnych aplikacji, a łatwość i koszt całkowity instalacji ma w ich przypadku duże znaczenie w systemach przemysłowych. Bezprzewodowe przełączniki obniżają koszty instalacji systemów, które nie wymagają ogromnej liczby przewodów i ich układania, złączy i akcesoriów.

Bezprzewodowe elementy można montować w dowolnym miejscu, a koszt ich serwisu i utrzymania w ruchu jest pomijalnie mały w porównaniu do rozwiązań tradycyjnych z uwagi na wysoką jakość i trwałość. Dostępność elementów bezprzewodowych otwiera też wiele nowych możliwości aplikacyjnych, z uwagi na ich elastyczność i możliwość użycia większej ilości punktów kontrolnych niż tylko niezbędne minimum, co ułatwia spełnienie norm bezpieczeństwa.

Przełączniki z rodziny Limitless bazują na sprawdzonej konstrukcji mechanicznej mikroprzełącznika firmy Honeywell, który został uzupełniony o nadajnik w.cz. i szczelną, odporną na środowisko obudowę. Przykładowy element tej serii to m.in. WGLA. Przełączniki komunikują się radiowo z odbiornikiem monitorującym ich stan, mają swój unikalny numer identyfikacyjny, a w systemie wiele przełączników i odbiornik tworzy razem sieć o topologii gwiazdy. Pozwala to na prostą budowę i rozbudowę sieci, likwiduje możliwość niepoprawnej identyfikacji i możliwość zakłóceń z innymi sieciami radiowymi.

Przełączniki dostępne są w wielu wykonaniach różniących się kształtem, długością, obecnością kółka ślizgowego w dźwigni załączającej. To samo dotyczy anteny, która może być podłączana jako element zewnętrzny na kablu poprzez wbudowane w obudowę złącze lub zintegrowana z urządzeniem. Dzięki temu można wybierać ten element, kierując się wieloma parametrami jak zysk energetyczny, kierunkowość, wykonanie mechaniczne itp. Wzmocnienie łącza radiowego pomiędzy przełącznikiem a odbiornikiem wynosi aż 35 dB, co oznacza, że z zasięgiem nie ma problemów nawet wewnątrz budynków o grubych ścianach. Zasięg na otwartej przestrzeni sięga 300 metrów, w skrajnie trudnych warunkach jest lepszy niż 23 m. Przełączniki z rodziny Limitless są zasilane z baterii i pobierają niewielką moc, przez co ogniwa starczają średnio na 2 lata.

Seria WGLA jest pierwszą grupą produktów z rodziny Limitless już dostępną na rynku, w najbliższym czasie pojawią się kolejne dwie grupy - WHDLS, do zastosowań w szczególnie trudnych warunkach środowiskowych i WBX do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Współpracujący z nimi odbiornik przeznaczony jest do montażu na szynie DIN, a jego funkcjonalność pozwala na zarządzanie podłączonymi elementami. Wyjście odbiornika stanowią typowe porty na tranzystorach NPN z sygnalizacją akustyczną i LED. Odbiornik monitoruje też stan baterii w przełącznikach i sygnalizuje konieczność ich wymiany.

Bezproblemowość wykorzystania

Rys. 2. Odbiornik i system monitorujący

Dla zapewniania wysokiej jakości i pewności działania protokół komunikacyjny oparty został na zaakceptowanym przez przemysł standardzie IEEE 802.15.4 PAN, definiującym proces sygnalizacji o niskiej przepustowości i małej mocy. Zapewnia on wysoką odporność na zakłócenia od innych sieci bezprzewodowych pracujących na tej samej częstotliwości 2,4 GHz w paśmie ISM jak Bluetooth i sieci WLAN oraz od telefonii komórkowej. Układ nadajnika radiowego przeszedł certyfikację FCC, IC, ACMA i CE.

Wykorzystana do stworzenia sieci topologia gwiazdy zakłada, że komunikacja odbywa się wyłącznie pomiędzy autoryzowanym odbiornikiem i nadajnikami (czujnikami). Nie ma możliwości komunikacji pomiędzy poszczególnymi czujnikami, dzięki czemu architektura sieci zapewnia jej pełną izolację od innych. Pozwala to na wykorzystanie wielu zestawów nadajników i odbiornika we wspólnym otoczeniu.

Konieczność rejestracji nadajnika w odbiorniku (parowanie) tworzy trwałe połączenia równoważne kablowym, pozostające aktywne także po wyłączeniu zasilania i wymianie baterii. Odbiornik monitoruje stan połączeń i automatycznie rekalibruje połączenia w przypadku zaistnienia problemów, co zapewnia pełne bezpieczeństwo. Nie ma także możliwości niekontrolowanego dodania lub usunięcia elementu z sieci, gdyż proces ten wymaga wywołania odpowiedniej procedury parowania w nadajniku i odbiorniku w ciągu 30 sekund.

Bezpieczeństwo

Proces parowania nadajników i odbiornika jest zgodny z IEEE 802.15.4. Wymieniane informacje obejmują 16-bitowy unikalny numer identyfikacyjny przełącznika przypisywany przez odbiornik każdemu nadajnikowi, 16-bitowy adres oraz 128-bitowy klucz szyfrujący, za pomocą którego kodowana jest transmisja. Taki zestaw zapewnia pewność adresowania i bezpieczeństwo komunikacji, bez możliwości podstawienia nieautoryzowanego przełącznika lub też niepoprawnej identyfikacji sygnałów sterujących na skutek interferencji lub sabotażu. Poza danymi na temat stanu mikroprzełacznika interfejs radiowy przenosi dane o stanie łącza radiowego pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem i stanie baterii. Pozwala to serwisować sieć z dużym wyprzedzeniem. Komunikaty te są wymieniane co 30 sekund lub rzadziej.

Robert Moore, EMEA Product
Director Electromechanical Products
Honeywell Sensing and Control
sensing.honeywell.com