Andrzej Dziedzic 15.10.2013 Krzysztof Samson Przegląd i porównanie technologii telemetrycznych w automatyce procesów przemysłowych

Plan Definicja telemetrii RFID ZigBee Z-wave LonWorks Rozproszony system pomiarowy Technologia GSM Technologia radiomodemowa Podsumowanie

Definicja telemetrii Telemetria – dziedzina telekomunikacji zajmująca się technikami przesyłu wartości pomiarowych na odległość.

Główne zadania telemetrii Rejestracja wyników Obliczanie wartości średniej Opracowanie wyników Generacja sygnałów np. ostrzegawczych Dostarczają dane o aktualnej wartości

Systemy telemetryczne Jednokanałowe Wielokanałowe Selektywne

Telemetria dwustronna

RFID RFID, czyli Radio-Frequency Identyfication, to technika umożliwiająca bezprzewodową identyfikację różnego rodzaju obiektów z użyciem fal radiowych.

Zasada działania System RFID składa się z czytnika oraz tagów.

Rodzaje tagów pasywne aktywne Read Only Write Once Read Many Times Read/Write

Standardy Tiris – jeden z pierwszych systemów; Unique – najprostszy i najpowszechniejszy, Q5 – programowalne znaczki, reagujące na hasło; Hitag – stosowany w przemyśle, odczyt i zapis danych, znaczniki pasywne; Mifare – proste i skomplikowane znaczniki, zawierające procesory szyfrujące, firmy Philips; Icode – bardzo płaskie znaczniki, możliwy odczyt do 30 na sekundę.

Zakres częstotliwości

RFID w przemyśle

Opakowania zwrotne i odpady komunalne

Winiarnia

Bezpieczeństwo Skimming Eavesdropping Kill signal

ZigBee Specyfikacja protokołów transmisji danych w sieciach bezprzewodowych typu mesh.

Urządzenia koordynator (ZigBee Coordinator – ZC): dla każdej sieci może występować tylko jedno takie urządzenie, służy jako węzeł początkowy do którego mogą się przyłączać pozostałe urządzenia, zazwyczaj pełni rolę urządzenia zbierającego dane. router (ZigBee Router – ZR): przekazuje pakiety dalej, umożliwia wiele przeskoków (multihop routing). urządzenie końcowe (ZigBee End Device – ZED): przesyła dane do routera do którego jest przyłączone, może być czasowo usypiane w celu zmniejszenia zużycia energii.

Charakterystyka Pasmo 2,4 GHz, Zasilanie 2,1-3,6V Maks prąd 40 mA, Min prąd1 mA.

Sprzęt Układ PIC18LF4620 Chipcon CC2420EM czujnika temperatury TMP 12

LabWindows CVI

Porównanie z Bluetooth Zigbee Zasięg 10m 100m Maks przepustowość 720Kb/s 20Kb/s – 868 MHz (Europa) 40Kb/s – 915MHz (USA) 250Kb/s – 2,4 GHz (świat) Pasma 2,4GHz 3 zakresy Ilość urządzeń 6 64k Połączenia między sieciami nie tak Architektura 2-warstwowa 3-warstwowa Częstość uzupełniania zasilania Co kilka dni Co 2 lub 3 lata Szybkość aktywacji >3s 15ms

Z-wave Protokół bezprzewodowy służący do połączenia w jedną, zdalnie sterowaną sieć wykorzystywany w systemach inteligentnego zarządzania budynkiem.

Specyfikacja Topologia typu mesh Sygnał przebiega wyznaczoną trasę Automatyczne omijanie uszkodzonych węzłów Możliwość podłączenia do 232 urządzeń

Parametry Przepustowość 9,6 kb/s Zasięg do 100 m Modulacja GFSK Częstotliwość 868,42 MHz (UE), 908,42 (USA)

Z-wave i ZigBee

LonWorks System umożliwiający sterowanie i monitorowanie dowolnych procesów technologicznych w takich obszarach jak automatyka budynków, systemy transportowe, energetyka oraz przemysł.

Zasada działania Podstawową jednostką jest węzeł „Sercem” węzła jest Neuron Chip Komunikację między węzłami zapewnia LonTalkProtocol Rywalizację o kanał rozwiązuje reservation protocol Aplikacje napisane w Neuron C

LonTalk Zapisany w pamieci Neuron Chipa Możliwe 3 rodzaje transmisji (unicast, multicast, broadcast) Zgodny z ISO/OSI

Rozproszony system pomiarowy Rozproszenie bloków: Pomiarowych Sterujących Przetwarzania Baz danych Wizualizacji

Rozproszony system pomiarowy

Technologia GSM Transmisja na dalekie odległości Gotowa infrastruktura Popularyzacja sieci komórkowych oznacza malejące koszty Krótki czas wdrożenia

Rozwój technologii przesyłania danych GSM 10 kbit/s GPRS 80 kbit/s EDGE 240 kbit/s UMTS 384 kbit/s HSPA 14 Mbit/s pobieranie, 6 Mbit/s wysylanie HSPA+ 42 Mbit/s pobieranie, 11 Mbit/s wysylanie LTE 300 Mbit/s pobieranie, 50 Mbit/s wysylanie LTE advanced 1Gb/s pobieranie, 0,5 Gb/s wysylanie

GSM – używane częstotliwości Uplink  [MHz] 450.4-457.6 824 - 849 880 - 915 1710-1785 1850-1910 Downlink  [MHz] 460.4-467.6 869 - 894 925 - 960 1805-1880 1930-1990 Liczba częstotliwości 35 124 174 374 299

GPRS – techniki transmisji

GPRS - infrastruktura

GSM – zastosowanie w pomiarach Pomiar zużycia mediów Liczniki zużycia energii Liczniki zużycia wody Ciepłownictwo Lokalizacja pojazdów Monitorowanie pracy wind Pomiar poziomu wód (studnie, ujęcia wody, rzeki) Temperatura i wilgotność w silosach Pomiary zanieczyszczenia powietrza Stacje meteo

Najpopularniejsze marki urządzeń GSM w Polsce

Inventia MT-331 modem GSM/GPRS/EDGE 850/900/1800/1900 4 konfigurowalne wejścia/wyjścia binarne 2 dedykowane wejścia binarne 2 konfigurowalne wejścia binarne / analogowe 4-20 mA / analogowe 0-10 V 1 port 1-Wire, USB Zasilanie zewnętrznych czujników Rejestrator danych (do 28 000 rekordów)

Inventia MT-102 modem GSM/GPRS 850/900/1800/1900 Programowany sterownik PLC Wejścia i wyjścia binarne (8) Wejścia analogowe 4-20 mA (6) port komunikacyjny (RS 232/422/485) Standardowe protokoły transmisyjne (MODBUS RTU, GAZMODEM, M-BUS)

System X-way

Telit GT 863-PY Modem GPRS Wbudowany interpreter Python Wbudowany klient FTP i SMTP 4 porty wejścia/wyjścia Port szeregowy

AirLink FXT009 Modem EDGE ARM946 – 104 MHz Wejście i wyjście audio UART, USB, SPI, ADC, DAC, Ethernet

Airlink GX400 UMTS: HSPA+ (do 21Mbps przy ściąganiu), HSPA, HSDPA GSM: EDGE, GPRS Ethernet, RS232, USB, I/O, złącza SMA Wbudowany odbiornik GPS Możliwość WiFi IP 64

RB865ioU - Teleorigin Modem GSM/GPRS/EDGE/UMTS 7 portów wejścia/wyjścia Intepreter Python Wbudowane protokoły: TCP/IP, UDP/IP, SMTP, POP3

LR77 – Conel Modem LTE klasy 4G download-100 Mb/s upload - 50 Mb/s Ethernet, USB 1 port I/O

Wavecom 3G Modem Modem HSPA/UMTS, GSM/GPRS/EDGE RS232, USB

System zdalnego nadzoru przepompowni Synoptyka stanu pompowni w ramach zainstalowanych urządzeń pomiarowych i czujników Rejestrację wartości Wysyłanie ważnych komunikatów alarmowych i ostrzeżeń

System zdalnego nadzoru przepompowni

System zdalnego nadzoru przepompowni

Monitorowanie gazociągu Monitorowanie 27 000 km w standardowy sposób – 5,1 mln $ rocznie 900 modemów AirLink Raven – 630 tys. $ Oszczędność oszacowana na 4,8 mln $ rocznie

Technologia radiowa Odległość od 100m – 100km Przepustowość ponad 100 kb/s Niezależność od infrastruktury Nie ujawnia częstotliwości nośnej, protokołu transmisji, kodów szyfrujących Spore zapotrzebowanie energetyczne

Budowa radiomodemu

Pasma częstotliwości 868-870 MHz – bezpłatne Maksymalna moc - 500 mW zasięg do 10 km 400-470 MHz – licencjonowane Bez limitu mocy, zasięg ok. 80 km 140-170 MHz 169,400 – 169,425 MHz – bezpłatne, max. moc – 500mW, zasięg 30 km Pozostała część – licencjonowana, zasięg 100 km

Radiomodemy SATEL

SATELLINE-3AS(d) 869 Pasmo 869.400...869.650 MHz Prędkość 19200 bit/s RS232, RS485 Moc 10…500mW Opcjonalnie LCD klawiatura

SATELLINE-3AS(d) VHF NMS Prędkość transmisji: 19200 bit/s RS232, RS485 częstotliwości: 135...174 MHz Moc wyjściowa: 100 mW, 500 mW, 1W, 5 W (radiator) Wyświetlacz LCD i klawiatura 4 przyciskowa

Conel CDX800 Częstotliwość 869 MHz Prędkość transmisji 24 kbit/s RS232, RS485

RipEX 83 kbit/s przy paśmie 25 kHz Maksymalna moc 10W 160, 300, 400, 900 MHz Ethernet 2x COM USB

Racom - Stacje pogodowe we włoskich Alpach Obszar 7500 km2 Temperatura zewn. -30 °C, wysokość 3400 m Częstotliwość 400Mhz 10.8 kbit/s w paśmie 12.5 kHz System MORSE 70 punktów pomiarowych

Racom - Stacja pogodowa

Fabryka samochodów Komunikacja między linią produkcyjną a wózkami widłowymi

Obecność technologii w polskich przedsiębiorstwach

Technologie bezprzewodowe na rynku światowym

Najpopularniejsze zastosowania urządzeń do komunikacji bezprzewodowej

Istotne cechy przy instalacji systemu bezprzewodowego

Dziękujemy za uwagę