Факултет техничких наукаТрг Доситеја ОбрадовићаНови сад

Projektni zadatak

Пројектовање и повезивање Siemens-ове индустријске бежичне мреже са системом у постројењу “Књаз Милош”Аранђеловац

Ментор: Студент:Шешлија др Драган Илић Мирослав H079

Август 2009 год.

Садржај

Страна

1. Пројектни задатак 32. Реализација индустријске бежичне мреже 4

2.1) Начин преузимања података са машине са дуваљком 42.2) Начин преузимања података са компресора 42.3) Пренос података од машине са дуваљком до примо-предајне

станице 52.4) Пренос података од компресора до примо-предајне станице 62.5) Примо-предаја података до ПЛК-а 72.6) Начин рада бежичне мреже применом бежичног

дистрибутивног система (Wireless Distribution System, WDS) 72.7) Конфигурација и изглед бежичне мреже 8

3. Предложено решење за постављање мреже 94. Економка процена имплементације мреже 105. Предности примене Siemens-oве бежичне мреже (IWLAN) 11

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 2

1. Пројектни задатак

На основу добијених информација о постројењу и прикупљених слика у постројењу “Књаз Милош” из Аранђеловца (слика 1) потребно је реализовати индустријску бежичну мрежу узимајући у обзир следеће критеријуме:

oд виталне важности je да се обезбеди квалитетан, сигуран и брз бежичан пренос података од једног до другог процеса у постројењу,

да се оствари повезивање мреже са постојећим системом, бежична мрежа мора бити осигурана од недозвољеног приступа нестручног

особља, приступ мрежи да буде могућ само са једног рачунара како би се избегли

проблеми у управљању системом.

Слика 1. Изглед разводног ормана и система са ПЛК-ом

Такође је, задатком, задато да се нађе начин на који ће се подаци преузимати на месту где су постављене дуваљке, обезбедити адекватно очитавање притиска на резервоару и обезбедити преузимање података са места на ком су постављени компресори и остварити управљање компресорима преко бежичне мреже.

Неопходно је одабрати компоненте које ће задовољити критеријуме и омогућити реализацију бежичне мреже са ниском ценом улагања. Поред тога, мора се направити списак са количином и ценом компоненти које ће се користити у бежичној мрежи.

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 3

2. Реализација пројектног задатка

Систем у постројењу “Књаз Милош” је базиран на примени Siemens-овог програмибилно логичког контролера (ПЛК) типа SIMATIC 55-96U који преко улазно-излазног модула управљање производним процесом. Због примене Siemens-ових управљачких компоненти донета је одлука да бежична мрежа буде пројектована са компонентама истоимене фирме како би се олакшала имплементација и поузданост при преносу података.

Мада се на постојећи систем може поставити бежична мрежа неког другог произвођача јер су компоненте система компатабилне са великим бројем произвођача. Ово је могуће урадити ако су у питању финансијски разлози и цена инсталације.

2.1 Начин преузимања података са машине са дуваљком

Да би се управљало системом, потребно је извршити аквизацију података са машине којом се преко дуваљке формирају готове PET боце. Информација са машине је битна јер машина користи ваздух под притиском из резервоара при чему долази до опадања притиска у резервоару. Ако притисак опадне испод одређене номиналне вредности, машина неће моћи да формира PET боцу. Пошто је неопходна информација о томе да ли је машина у процесу рада или у стању мировања, као и која је вредност на излазу дуваљке морају се користити улазно-излазни уређаји.

За аквизацију података се користе излазни Siemens-ови модули са осам дигиталних излаза типа SIMATIC ET 200eco PN, 8 DO DC 24V/2.0A 8×M12. Изглед излазног модула је приказан на слици 2.

Слика 2. Излазни модул типа SIMATIC ET 200eco PN

Применом ових модула, који су каблом повезани са машином, могу да се пренесу подаци до примо-предајне станице која ће их даље проследити преко бежичне мреже.

2.2 Начин преузимања података са компресора

Како би се обезбедио притисак у резервоару који ће бити у захтеваним границама, који је неопходан за несметан рад система, ПЛК-у се мора осигурати стални приступ информацијама на компресорима и управљање њима. Ово је могуће применом излазних

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 4

модула преко којих ће се податак о стању компресора (да ли је укључен или искључен) и вредности притиска на њиховом излазу бежичном мрежом пренети до ПЛК-а.

У овом случају се користе Siemens-ови излазни модули са осам дигиталних излаза типа SIMATIC ET 200eco PN, 8 DO DC 24V/2.0A 8×M12. Изглед излазног модула је приказан на слици 2.

2.3 Пренос података од машине са дуваљком до примо-предајне станице

Машина са дуваљком је са улазно-излазним модулом, помоћу кабла, повезана на примо-предајну станицу која има задатак да податке са машине бежичном везом пошаље до пријемне станице која ће податке проследити ПЛК-у. За пренос података од машине до пријемне станице користи се пријемно-предајна станица, то јест Siemens-ов уређај типа SCALANCE W744-1PRO.

Карактеристике овог уређаја су :

Екстремно поуздан уређај са особином меморисања података и сталног надгледања везе бежичне мреже (IWLAN).

Ради са бежичним мрежама типа WLAN 802.11b/g and 802.11a брзином преноса од 54 Mb по секунди на фрекфенцији од 2.4 GHz и 5 GHz.

Има карактеристику форсираног претраживање околних приступних станица у случају прекида на Ethernet каблу (опционо).

Лако се прикључује на бежични дистрибутивни систем (Wireless Distribution System - WDS) који преноси податке од станице до станице бежичне везе.

Има степен заштите IP65, робусно метално кућиште, од околних утицаја Оперативна температура му је од –20 °C до +60 °C и има отпорност на кондензацију. Може се напајати са једносмерним напајањем од 19 - 57 V преко Ethernetа, или директним

прикључењем на 24 V. Има Ethernet порт за повезивање на Ethernet мрежу преко адаптера. Овим се елиминише

губитак података при квару уређаја. Напредна заштита података од не легалног приступа са WPA-ом и енкрипција података са

AES-ом. Други бежични адаптер за WLAN 802.11b/g и 802.11a. Иам два R-SMA прикључка за дистантне антене при преносу података од једне до друге

пријемно-предајне станице. Убачена му је метода за подешавање екстремно поуздане везе између две одвоене бежичне

приступне станице. Садржи и разменљиви меморијски медијум за брзу замену уређаја у случају квара без

неопходног поновног програмирања улазно-излазних параметара - C-PLUG (configuration plug).

Интеграција у програм STEP 7/NCM PC.

Изглед пријемно-предајне станице је приказан на слици 3.

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 5

Слика 3. Пријемно-предајна станица типа SCALANCE W744-1PRO

2.4 Пренос података од компресора до примо-предајне станице

Компресор је са улазно-излазним модулом, помоћу кабла, повезана на примо-предајну станицу која има задатак да прикупљене податке бежичном везом пошаље до пријемне станице која ће податке проследити ПЛК-у. Такође, пријемно-предајна станица има задатак да управљачке информације које ПЛК пошаље преко пријемне станице бежичном везом прими и проследи до компресора преко улазно-излазног модула.За пренос и прослеђивање података од компресора до пријемне станице користи се пријемно-предајна станица, то јест Siemens-ов уређај типа SCALANCE W744-1PRO.

Карактеристике овог уређаја су :

Екстремно поуздан уређај са особином меморисања података и сталног надгледања везе бежичне мреже (IWLAN).

Ради са бежичним мрежама типа WLAN 802.11b/g and 802.11a брзином преноса од 54 Mb по секунди на фрекфенцији од 2.4 GHz и 5 GHz.

Има карактеристику форсираног претраживање околних приступних станица у случају прекида на Ethernet каблу (опционо).

Лако се прикључује на бежични дистрибутивни систем (Wireless Distribution System - WDS) који преноси податке од станице до станице бежичне везе.

Има степен заштите IP65, робусно метално кућиште, од околних утицаја Оперативна температура му је од –20 °C до +60 °C и има отпорност на кондензацију. Може се напајати са једносмерним напајањем од 19 - 57 V преко Ethernetа, или директним

прикључењем на 24 V. Има Ethernet порт за повезивање на Ethernet мрежу преко адаптера. Овим се елиминише

губитак података при квару уређаја. Напредна заштита података од не легалног приступа са WPA-ом и енкрипција података са

AES-ом. Други бежични адаптер за WLAN 802.11b/g и 802.11a. Иам два R-SMA прикључка за дистантне антене при преносу података од једне до друге

пријемно-предајне станице. Убачена му је метода за подешавање екстремно поуздане везе између две одвоене бежичне

приступне станице. Садржи и разменљиви меморијски медијум за брзу замену уређаја у случају квара без

неопходног поновног програмирања улазно-излазних параметара - C-PLUG (configuration plug).

Интеграција у програм STEP 7/NCM PC.

Изглед пријемно-предајне станице је приказан на слици 4.

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 6

2.5 Примо-предаја података до ПЛК-а

Пошто је исувише велика раздаљина (већа од 100м) између компресорске станице, резервоара, машине са дуваљком и разводног ормана (где је смештен ПЛК) потребно је поставити више пријемних станица како би се остварила комуникација између ових делова производног процеса. За пријемну станицу се користи Siemens-ов уређај типа SCALANCE W788-2PRO . Карактеристике овог уређаја су исте као и код уређаја SCALANCE W744-1PRO. Изглед пријемне станице је приказан на слици 4.

Слика 4. Пријемна станица типа SCALANCE W788-2PRO

Овакав облик мреже са примо-предајним станицама за пренос података представља бежични дистрибутивни систем.

2.6 Бежични дистрибутивни систем (Wireless Distribution System, WDS)

Разлози зашто се у овом пројекту користи бежични дистрибутивни систем (WDS), приказан на слици 5, је недовољан домет кабловског (жичног) система, немогућност инсталације у одређеним деловима фабрике, као и цена коштања инсталације.

Да би овај систем функционисао неопходно је да приступна станица “види” суседну станицу и пренесе јој податке иначе ће доћи до прекида ланца односно везе од процеса до корисника. Због овога се користе специјалне дистантне антене уместо већ добијених антена уз SCALANCE W788-2PRO . Такође треба подесити приступне станице да раде на истој брзини као и пријемно-предајне станице. Перформанса бежичне инфраструктуре, где приступне станице деле исто РФ поље, се може побољшати коришћењем дупле приступне станице (SCALANCE W788-2PRO) која има задатак да врши примо-предају података од једне до друге станице.

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 7

Слика 5. Бежични дистрибутивни систем

2.7 Конфигурација и изглед бежичне мреже

Бежична мрежа се састоји од две примо-предајне станице SCALANCE W744-1PRO, четири пријемне станице SCALANCE W788-2PRO, један модул за комуникацију ПЛК-а са бежичном мрежом - Compact Switch Module CSM 1277 , два излазна модула SIMATIC ET 200eco PN и картица за комуникацију између рачунара, ПЛК-а и бежичне мреже PC Card CP 7515. Бежична мрежа ради тако што се подаци прикупљени преко излазних модула на компресорима и машини са дуваљком прослеђују до пријемно-предајне станице. Пријемно-предајна станица те податке преноси до најближе пријемне станице у њеном окружењу. Пријемна станица прихвата податке и преко модула за комуникацију ПЛК-а са бежичном мрежом прослеђује податке до ПЛК-а. Преко картице за комуникацију између рачунара, ПЛК-а и бежичне мреже PC Card CP 7515 се надгледа цео процес. Конфигурација мреже је приказана на слици 6.

Слика 6. Конфигурација и изглед бежичне мреже

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 8

3. Предложено решење за постављање мреже

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 9

4. Економка процена имплементације мреже

Да би се могла реализовати мрежа неопходне су компоненте дате у табели 1. У табели је назначен тип компоненте, каталошки број и цена коштања. Табела је урађена са аспекта економске ефикасности.

Назив компоненте Каталошки број КомЦена

ком (€)Укупна цена (€)

SCALANCE W788-2PRO 6GK5788-2AA60-2AA0 1 1.535,10 1.535,10SCALANCE W744-1PRO 6GK5744-1ST00-2AA6 3 583,10 1.749,30

Картица за везу са рачунаром – PC Card CP 7515

6GK1751-5AA00 1 166,60 166,60

Омни-дирекциона антена ANT 795-4MR 2.4 GHz и 5GHz, 4 dBi, R-SMA.

6GK5795-4MR00-0AA6  8 109,00 672,00

IE FC RJ45 PLUG 180° 6GK1901-1BB11-2AA0 7 21,66 151,62Кабл за антену ANT 795-6MR 2.4 GHz и

5GHz, 4 dBi, R-SMA6GK5795-6MR00-0AA6 8 218,00 1.744,00

Прикључак за кабел за напајање M12 (IP65)

6GK1901-0DB10-6AA0 30 25,08 752,40

Модул са 8 дигиталних излаза SIMATIC ET200ECO PN8, DO DC 24V/2.0A 8×M12

6ES7144-6KD00-0AB0 2 462,00 924,00

Кондензатора за заштиту од громова LP798-1PRO 4 210,00 840,00Модул за комуникацију ПЛЦ-а са

бежичном мрежом - Compact Switch Module CSM 1277

6GK7277-1AA00-0AA0  1 113,05 113,05

IE FC TP STANDARD CABLE, 4X2 6XV1840-2AH10 10 1,79 17,90

Укупна цена без пдв-а 8.485,97

Укупна цена са пдв-ом (ПДВ – 18 %) 10.012,85

Табела 1. Компоненте са каталошким бројем и ценом

5. Предности примене Siemens-oве бежичне мреже (IWLAN)

Усклађеност са WLAN стандардима IEEE 802.11b и Wi-Fi

Предност: WLAN опрема ради на принципу радио преноса на фрекфрентном подручју 2.4 GHz дефинисаног међународним IEEE 802.11b стандардом за WLAN мреже, тако да се у њу могу интегрисати бежични уређаји других произвођача. Siemens је члан Wi-Fi удружења WLAN произвођача који гарнтују међусобну интероператибилност.

Штедљива употреба радио преноса (Power Saving Polling)

Предност: Како је радијски део мреже највећи потрошач енергије, радијски пренос се активира само када је потребно преносити податке. Уколико мрежа мирује, радијски део не троши енергију.

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 10

Брз аутоматски прелаз РФ уређаја између пријемних станица мреже (Fast Roaming)

Предност: Код инсталације WLAN мреже са више пријемних станица (Access Point-a) прелаз из домета једне станице у домет друге се обавља аутоматски, а посебно прилагођени алгоритам омогућава изузетно брз прелаз (roaming).

Уравнотежење оптерећености станица (Load Balancing)

Предност: Када је радијска станица у подручју покривања два пријемника (Access Point-a), прикључиће се на онај који је мање оптерећен. На тај начин је капацитет мреже боље искоришћен.

Могућност подешавања приоритета пакета (Quality of Service Manager)

Предност: У случају употребе више различитих корисничких система на WLAN мрежи је могуће подесити приоритете појединих уређаја.

Вишеструки избор заштите података на WLAN мрежи

Предност: WLAN мреже су изразито осетљиви на екстерне упаде, због тога је Siemens у своју WLAN мрежу уградио све тренутно расположиве системе за заштиту WLAN мрежа. Осим стандардних начина заштите података: 40 i 128 битна WEP енкрипција дефинисана 802.11b стандардом, могу се изабрати и: KeyGuard™, модел TKIP енкрипције, Kerberos V5 mobile security, EAP/TLS, RADIUS итд.

Напајање преко Ethernet мреже

Предност: Израда напајања базних станица (220V) у канцеларијским, индустријским, складиштним, хотелским и продајним просторима захтева значајне инфраструктурне радове и отежава инсталацију WLAN мрежа. Напајање преко Etherneta (POE) омогућава једноставнију и по цени повољнију монтажу, а такође и лакше проширење и модификацију WLAN мреже.

Siemens-ова индустријска бежична мрежа – Илић Мирослав 11