Trådlösa sensornät
Trådlösa sensornät
Trådlösa sensornät
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Artiklar om<br />
<strong>Trådlösa</strong> <strong>sensornät</strong><br />
hämtade ur Automation nr 2/2011
<strong>Trådlösa</strong> nät<br />
Nu står striden om<br />
de trådlösa <strong>sensornät</strong>en<br />
Bluetooth, Dash 7, Wireless Hart och Isa 100 är bara några av alla trådlösa nät<br />
18<br />
Sammanfattat<br />
x◗ <strong>Trådlösa</strong> <strong>sensornät</strong> är<br />
datanät för korta avstånd<br />
som kan användas i<br />
industrin.<br />
x◗ Det finns många olika<br />
nät att välja på.<br />
x◗ Några standardiserade<br />
nät är Bluetooth, Zigbee,<br />
Wireless Hart, Isa 100,<br />
6 Lowpan eller Dash 7.<br />
x◗ Snabbast av dessa är<br />
Bluetooth men näten kan<br />
bara ha åtta deltagare.<br />
x◗ Vissa av näten finns i<br />
drift ute i industrin, andra<br />
är mer eller mindre på<br />
provstadiet.<br />
<strong>Trådlösa</strong> datanät kommer att revolutionera<br />
industriproduktionen mer än något<br />
annat under min tid som processtekniker.<br />
Så sa Ulf Hamrin när han mottog Dag<br />
Björk löfs stora automationspris av itf för ett<br />
år sedan.<br />
– Med den trådlösa teknikens hjälp kan vi<br />
mäta på fler ställen än tidigare. Det skapar helt<br />
nya möjligheter att styra produktionen ef ektivt,<br />
menade han.<br />
Slipper man kablarna till mätinstrumenten,<br />
kan man sätta upp dem på ställen där man<br />
tidigare haft svårt att hämta mätvärden eller<br />
inte tyckt att det lönar sig. På samma sätt blir<br />
det betydligt lättare att göra tillfälliga installationer.<br />
Marknaden måste lugna sig<br />
Förväntningarna är alltså stora. Men om de<br />
trådlösa datanäten ska få denna omvälvande<br />
betydelse för industrin, liksom på många andra<br />
verksamhetsområden, måste marknaden lugna<br />
ner sig. För nu är det dags igen. Fältbusskampen<br />
har knappt hunnit lägga sig och striden<br />
mellan olika versioner av industriellt<br />
Ethernet pågår för fullt. Ändå är nästa kommunikationsbatalj<br />
under uppsegling nu när<br />
industrin ska införa trådlösa datanät. Vi är på<br />
väg in i Fältbussbråket 3.0 om man så vill.<br />
Frågan är vilket trådlöst nät ett industriföretag<br />
ska välja. Och det är inget självklart val,<br />
för precis som vid tidigare nätkamper, finns<br />
det många alternativ. Denna gång gäller striden<br />
nät som Bluetooth, Zigbee, Wireless Hart,<br />
Isa 100, 6 Lowpan eller Dash 7. Sedan har vi<br />
förstås wlan och alla proprietära nät.<br />
<strong>Trådlösa</strong> sensorer<br />
Trådlös teknik är förvisso inget nytt. wlan är<br />
vi bekanta med sedan länge och mobilt bredband<br />
har var och varannan människa även privat.<br />
På dessa områden är det heller inga pro<br />
Nästa kommunikationsbatalj<br />
är under<br />
uppsegling nu när industrin<br />
ska införa trådlösa nät.”<br />
blem med att välja. Men det som nu letar sig<br />
in i industrin är de trådlösa <strong>sensornät</strong>en, wireless<br />
sensor networks på engelska. Det är nät<br />
som täcker en begränsad yta och för det mesta<br />
har måttlig överföringskapacitet. Normalt<br />
brukar sändningarna nå några tiotal eller möjligen<br />
ett hundratal meter med en hastighet på<br />
ett par hundra kilobit per sekund. Fast visst<br />
finns det nät som når längre eller sänder snabbare.<br />
Många av näten är inriktade på processindustrin<br />
eller på fastighetsautomation där den<br />
vanligaste tillämpningen är att överföra korta<br />
meddelanden, som mätvärden. Överföringstiderna<br />
ligger ofta runt 100 ms. Det finns snabbare<br />
nät, framförallt Bluetooth, och visst hittar<br />
man trådlösa nät också i verkstadsindustrin.<br />
Men att styra snabba förlopp trådlöst är inte<br />
särskilt vanligt.<br />
Välj nät efter tillämpning<br />
De trådlösa näten är så många att det blivit<br />
svårt att satsa på rätt häst och det får kunderna<br />
att tveka om tekniken. Lättare blir det inte<br />
av att många nät har ganska likvärdiga egenskaper.<br />
Men visst finns det skillnader.<br />
– Det är inte så att en storlek passar alla. Det<br />
gäller att välja det nät som är bäst för den tilllämpning<br />
man har, framhöll Tim Cutler, marknadschef<br />
på det amerikanska företaget rfm<br />
under ett föredrag på Scanautomatic i oktober<br />
förra året.<br />
Det är inte heller enbart tekniska data som <br />
Automation # 2:2011
Fem öppna <strong>sensornät</strong> plus wlan<br />
Nät Antal<br />
noder<br />
Dash 777<br />
Bluetoothhh<br />
Zigbeeee<br />
Wireless Harttt<br />
Isa 10000<br />
Maxavstånd<br />
Maxhastighet Fördröjning Meshnät Frekvens Standard Läs mer<br />
på sid<br />
Bluetooth 8 300 m 3 Mbit/s 10 ms (två noder) Nej 2,4 GHz IEEE 802.15.1 27<br />
Dash 7 10000 m 200 kbit/s Mindre än 2 s Nej 434 MHz Iso 18000-7 28<br />
Isa 100.11a 10000 200 m 250 kbit/s Mindre än 100 ms Ja 2,4 GHz IEEE 802.15.4 24<br />
Wireless Hart 250 200 m 250 kbit/s Genomsnitt 30 ms Ja 2,4 GHz IEEE 802.15.4 29<br />
Zigbee 250 75 m 20–250 kbit/s Ja 868 MHz (Europa)<br />
2,4 GHz<br />
WLAN 65000 100 m 11/ 54 Mbit/s (Ja) 2,4 GHz<br />
5,3 GHz<br />
IEEE 802.15.4 22<br />
IEEE 802.11<br />
Automation # 2:2011 19<br />
FIGUR: DAG TOIJER. FOTON: CONNECT BLUE, EMERSON PROCESS MANAGEMENT, OMNIPROCESS
<strong>Trådlösa</strong> nät<br />
skiljer näten åt. Det finns andra påtagliga skillnader.<br />
Låg strömförbrukning är en faktor<br />
man bör ta i beaktande. Enheterna ska klara<br />
sig länge på ett batteri, så att man inte behöver<br />
byta ofta eller tvingas dra dit en kabel med<br />
strömförsörjning.<br />
Vissa nät, som Bluetooth och Wireless Hart,<br />
har kommit långt i utvecklingen. Det finns utrustning<br />
från många tillverkare att köpa och<br />
näten är i drift ute i industrin. Andra nät däremot<br />
befinner sig på försöksstadiet och har<br />
långt kvar till det kommersiella genombrottet.<br />
– Vid sidan av tekniken bör man alltså ta<br />
hän syn till hur populärt nätet är, hur många installationer<br />
och leverantörer det finns, poängterade<br />
Tim Cutler.<br />
Tre grupper<br />
De trådlösa <strong>sensornät</strong>en kan grovt delas in i<br />
tre grupper. Det är Bluetooth,<br />
det är alla nät som följer standarden<br />
ieee 802.15.4 och det är<br />
Dash 7. Tillsammans brukar<br />
dessa nät, liksom andra trådlösa<br />
nät för kortare avstånd<br />
kallas wpan, ”wireless personal<br />
area networks”. <strong>Trådlösa</strong><br />
korthållsnät skulle man<br />
väl kunna säga på svenska.<br />
Dessa nät, utom Dash 7, beskrivs<br />
av en standard som kallas<br />
ieee 802.15. Till detta nummer<br />
lägger man sedan en extrasifra<br />
för olika varianter<br />
av trådlösa korthållsnät.<br />
Standarden 802.15.4 beskriver<br />
till exempel långsamma<br />
korthållsnät.<br />
Till de nät som följer ieee 802.15.4 hör<br />
Zigbee, Wireless Hart, Isa 100 och 6 Lowpan.<br />
Gemensamt för dessa nät är att de använder<br />
samma frekvenser, nästan alltid 2,4 GHz, att<br />
de i bästa fall når ett par hundra meter och att<br />
de har en överföringshastighet på cirka 250<br />
kbit/s.<br />
– Fast de hastigheter och räckvidder som<br />
tillverkarna uppger får man ta med en stor<br />
nypa salt, anser Joakim Eriksson, forskare<br />
på Sics, Swedish Institute of Computer Science.<br />
– Det är att betrakta som absoluta maxvärden<br />
under mycket gynnsamma förhållanden.<br />
100 meters överföringsavstånd är en bra sifra<br />
utomhus med fri sikt och ingen metall i närheten.<br />
Inomhus är det kortare än så. Även has<br />
20<br />
512 kPa<br />
Vid sidan av tekniken<br />
bör man alltså<br />
ta hänsyn till hur populärt<br />
nätet är, hur många installationer<br />
och leveranser de har.”<br />
Tim Cutler,<br />
rfm<br />
tigheten på 250 kbit/s får ses som ett värde man<br />
knappast kan uppnå i verkligheten.<br />
Bedräglig hastighet<br />
Hastigheten är dessutom ett bedrägligt värde.<br />
En sak är ju antalet bitar per sekund när man<br />
väl sänder, men till det måste man lägga väntetider<br />
för att få<br />
komma in<br />
Meshnät lever på hoppet<br />
många av <strong>sensornät</strong>en är så kallade meshnät. Det innebär att meddelandet<br />
kan hoppa från en enhet till en annan på vägen mot slutdestinationen.<br />
Med denna teknik når man längre avstånd, eftersom andra instrument<br />
på vägen fungerar som relästationer, där meddelandet så att säga<br />
”studsar”.<br />
meshteknik innebär att varje enhet, till exempel ett instrument, har två<br />
funktioner. Först och främst ska den kunna sända och ta emot information<br />
för egen del. Men alla deltagare i nätet ska också kunna fungera som<br />
relästationer för meddelanden som egentligen inte alls har med enheten<br />
att göra. Den ska bara fånga upp en sändning från någon annan och<br />
sedan vidarebefordra meddelandet på dess väg mot slutmålet.<br />
meshtekniken ökar avstånden ett nät kan täcka in. Det är också en<br />
metod att komma runt hinder genom att hitta alternativa vägar, vilket<br />
ökar överföringssäkerheten. Tekniken har många fördelar, men samtidigt<br />
tar varje hopp tid, vilket innebär fördröjningar om meddelandet ska<br />
genom föra många hopp på vägen till målet.<br />
<br />
FIGUR: DAG TOIJER<br />
Automation # 2:2011<br />
FOTO: INDUO WIRELESS
2011A-001A<br />
What increases transparency and<br />
flexibility at field level?<br />
Field instrumentation with WirelessHART communication provides you<br />
with innovative and cost-effective solutions.<br />
Increase the efficiency, availability and productivity of your process plant in the long term – by utilizing the WirelessHART<br />
open industrial communication protocol. Based on our in-depth experience in industrial wireless communication and the<br />
process industry, we have enhanced our portfolio with process instruments featuring WirelessHART communication. You<br />
profit from reliability, security, cost-efficiency and ease of use.<br />
Get more information: www.siemens.com/wirelesshart<br />
Answers for industry.<br />
Totally<br />
Integrated<br />
Automation<br />
Automation # 2:2011 21<br />
Siemens AB, Industry Sector, tfn 08-72815 00, www.siemens.se/industry
De hastigheter<br />
och räckvidder som<br />
tillverkarna uppger<br />
får man ta med en<br />
stor nypa salt.”<br />
22<br />
Zigbee sänder vid behov<br />
D en<br />
Joakim Eriksson,<br />
forskare, sics<br />
<br />
första specifikationen för Zigbee<br />
stadfästes 2004. Det är ett meshnät<br />
för sensorer, men i första hand avsett<br />
för fastigheter och hemautomation<br />
snarare än industrin. Nätet följer standarden<br />
ieee 802.15.4.<br />
Enheterna i ett Zigbeenät sänder bara<br />
då de har något att meddela, dessemellan<br />
ligger de i dvala. Det sparar<br />
ström men innebär att det blir svårt<br />
att säga hur lång tid överföringarna tar.<br />
Zigbee jobbar med en teknik som kalllas<br />
csma/cd, carrier sense multiple access<br />
– collisions detection. Det är<br />
samma metod som Ethernet använder<br />
för trådbundna sändningar. Tekniken<br />
fungerar bra i kontorsmiljö<br />
men är dålig på realtid. (Det är för att<br />
lösa detta problem som vi fått så<br />
många specialvarianter på in dustriellt<br />
Ethernet.)<br />
Enligt csma/cd kontrollerar den<br />
enhet som vill sända om nätet är fritt.<br />
Är det så, börjar sändningen. Är det<br />
däre mot någon annan som sänder,<br />
blir det till att vänta ett tag och<br />
försöka igen. Det här gör att man aldrig<br />
vet säkert när en sändning kan<br />
börja och förstås heller inte när den<br />
kommer fram.<br />
Liksom de flesta andra trådlösa <strong>sensornät</strong>en<br />
sänder Zigbee på frekvensen<br />
2,4 GHz. Det ökar risken för att nätet<br />
är upptaget, inte bara av andra medlemmer<br />
i nätet utan även av sändningar<br />
från andra nät i närheten, både<br />
Zigbee och andra. Frekvenshoppning<br />
vore ett sätt att minska den risken, men<br />
används inte av Zigbee. Man kan visserligen<br />
använda flera kanaler, 16 stycken,<br />
men dessa ställer man in och sedan<br />
ligger frekvensen fast även om man<br />
drabbas av störningar.<br />
Zigbee kan i och för sig sända på<br />
ytterligare en frekvens. I Europa är det<br />
868 MHz, i usa 915 MHz. En lägre frekvens<br />
innebär att överföringshastigheten<br />
sjunker men medför å andra sidan<br />
att avstånden kan<br />
Zigbee<br />
FOTO: DAG TOIJER<br />
på nätet med sin sänding. Dessutom är det ju<br />
viktigt vad man sänder. Långt ifrån allt som<br />
överförs är ju den information man egentligen<br />
vill vidarebefordra. Till själva meddelandet<br />
kommer ”overhead”, det vill säga teknisk information<br />
som har att göra med själva sändningen.<br />
Adress till mottagaren till exempel.<br />
Denna del av sändningen kan ju vara mer eller<br />
mindre omfattande och tar tid att sända. Ju<br />
mer overhead ju längre tid förstås.<br />
Många av näten i den här gruppen är så kalllade<br />
meshnät. Det innebär att information kan<br />
hoppa från en enhet till en annan på vägen<br />
mot slutdestinationen. Med denna teknik når<br />
man längre avstånd, eftersom andra instrument<br />
på vägen fungerar som relästationer,<br />
där medde landet så att säga ”studsar”. Samtidigt<br />
tar varje hopp tid, vilket innebär fördröjningar<br />
om med delandet ska genomföra många<br />
hopp på vägen till målet.<br />
Men oavsett hastigheten, är det kanske inte<br />
antalet millisekunder för en sändning som är<br />
det verkligt viktiga inom många tillämpning<br />
öka. Dessutom und viks trängseln på<br />
2,4gi ga hertzbandet. Men att arbeta<br />
med 868 MHz innebär att apparaten,<br />
liksom elektroniken under skalet, är<br />
begränsad till Europa. I praktiken är<br />
det också mycket få som tillverkar<br />
Zigbeeutrustning för 868 MHz.<br />
Hittills har Zigbee inte varit lika öppet<br />
som andra nät, enligt Joakim Eriksson<br />
på Sics. Organisationen bakom nätet,<br />
the Zigbee Alliance, har varit snåla<br />
med att lämna ut de tekniska specifikationerna.<br />
Men nu är en förändring<br />
på väg.<br />
– De amerikanska nätbolagen vill ha<br />
Zigbee för övervakning av elnäten. Och<br />
då krävs öppenhet om tekniken.<br />
Automation # 2:2011
ar, utan förutsägbarheten, om nätet är deterministiskt.<br />
Många gånger är det viktigare att<br />
man kan vara helt säker på att ett meddelande<br />
kommer fram oförvanskat inom en bestämd<br />
tidrymd, om än lite långsamt, än att det går så<br />
rasande fort.<br />
Zigbee sänder vid behov<br />
Av de trådlösa <strong>sensornät</strong>en som följer ieee<br />
802.15.4 är det framförallt Zigbee och Wireless<br />
Hart som hunnit få spridning. Zigbee är<br />
ett meshnät för sensorer, men snarare för fastig<br />
heter och hemautomation än för industrin.<br />
Wireless Hart är redan från början konstruerat<br />
för processindustrin<br />
Enheterna i ett Zigbeenät sänder bara när<br />
de har något att meddela, dessemellan ligger<br />
de i dvala för att spara ström. När en enhet<br />
vill sända kontrollerar den om nätet är fritt.<br />
Är det så, börjar sändningen. Är det däremot<br />
någon annan som sänder, blir det till att vänta<br />
ett tag och försöka igen. Det här gör att man<br />
aldrig säkert vet när en sändning kan börja<br />
FOTO: NILS LINDSTRAND<br />
<strong>Trådlösa</strong> nät<br />
Frekvenshopp minskar störning<br />
många trådlösa <strong>sensornät</strong>, exempelvis Zigbee, Wireless Hart, Bluetooth<br />
och Isa 100, sänder på samma frekvens, 2,4 GHz. Orsaken är att<br />
detta frekvensområde är fritt att använda utan licens i hela världen, vilket<br />
förstås förenklar. Nackdelen är att alla vill använda just det här frekvensbandet.<br />
Inte bara alla sändare i samma nät eller ens nät av samma typ,<br />
utan också många andra nät. Till och med mikrovågsugnar använder den<br />
här frekvensen. Det gör att risken för störningar är stor, liksom att sändningsutrymmet<br />
är upptaget när en enhet vill sända.<br />
ett sätt att komma runt detta problem är frekvenshoppning. Att man<br />
använder 2,4 GHz betyder inte att man sänder på exakt denna frekvens,<br />
utan man har tillgång till ett frekvensband som sträcker sig en liten bit<br />
upp på skalan. Detta utrymme delas in i frekvenskanaler. Frekvenshoppning<br />
innebär att om en enhet upptäcker problem på den frekvenskanal<br />
där den sänder, så kan sändningen automatiskt byta till en annan kanal.<br />
Detta ökar framkomligheten och minskar risken för störningar.<br />
Wireless Hart, Bluetooth och Isa 100 använder frekvenshoppning. Zigbee<br />
gör det inte.<br />
och förstås heller inte när den kommer fram.<br />
Även Wireless Hart är ett meshnät men här<br />
är alla sändningar schemalagda, inklusive hop <br />
På anläggningar som täcker stora områden<br />
sparar trådlös teknik mycket kabeldragning.<br />
Nynas raffinaderi i Nynäshamn använder<br />
Wireless Hart.<br />
Automation # 2:2011 23
<strong>Trådlösa</strong> nät<br />
<br />
pen, för att på så sätt göra överföringen förutsägbar<br />
och fungera i realtid. Alla behöver förstås<br />
inte sända lika ofta och ska man utnyttja<br />
nätet på bäs ta sätt gäller det att göra ett bra<br />
sändningsschema.<br />
– Det här kräver kunskap och jag tror att hur<br />
man optimerar nätens sändningsscheman kommer<br />
att bli en konkurrensfaktor för företagen<br />
som bygger näten, förutspår Joakim Eriksson.<br />
Isa 100 för alla<br />
Ett färskare <strong>sensornät</strong> kallas oftast Isa 100, fast<br />
ska man vara korrekt heter det egentligen Isa<br />
100.11a. Isa 100 är namnet på den arbetsgrupp<br />
inom den internationella automationsorganisationen<br />
isa som standardiserar alla slags trådlösa<br />
nät för industrin. Längst har man kommit<br />
med det trådlösa korthållsnätet 11a, men<br />
med tiden ska man få med allt upp till nät som<br />
täcker hela fabriken och till och med fjärrkommunikation<br />
till andra anläggningar.<br />
24<br />
Isa 100 ska täcka allt<br />
Ett av de nyaste trådlösa <strong>sensornät</strong>en heter<br />
egentligen Isa 100.11a. Något mer säljande<br />
namn finns inte, så det blir ofta förkortat till<br />
enbart Isa 100, vilket egentligen är namnet på<br />
den arbetsgrupp inom den internationella auto<br />
mationsorganisationen isa som arbetar med<br />
alla sorters trådlös kommunikation i industrin.<br />
Längst har arbetet kommit med det trådlösa<br />
korthållsnätet 11a, men med tiden ska gruppen<br />
få med allt upp till nät som täcker hela<br />
fabriken och till och med fjärrkommunikation<br />
till andra anläggningar.<br />
Isa 100:s <strong>sensornät</strong>, alltså Isa 100.11a, bygger<br />
på standarden ieee 802.15.4 och använder<br />
frekvenshoppning. Det är ett meshnät med<br />
schemalagda sändningar. Enligt upphovsmännen<br />
vänder sig detta nät till användningsområden<br />
som tillåter tidsfördröjningar på 100 ms.<br />
Eftersom målet för Isa 100 är att standardisera<br />
alla typer av trådlösa industrinät, arbetar<br />
man på att övergången mellan olika nät<br />
ska gå enkelt. Sömlöst som det heter numera.<br />
Tanken är att man ska vara oberoende av kommunikationsprotokoll<br />
och kunna överföra<br />
Mod bus och Profibusmeddelandenlika<br />
ISA 100<br />
Alla vill<br />
använda<br />
det här frekvensbandet.<br />
Inte bara<br />
alla sändare i samma<br />
nät eller ens nät<br />
av samma typ, utan<br />
också många andra<br />
nät. Till och med<br />
mikrovågsugnar.”<br />
väl som Hart eller något annat. Så långt har<br />
man dock inte kommit ännu. Man skulle<br />
kunna tro att det till exempel skulle gå att<br />
överföra Hartmeddelanden med Isa 100, men<br />
så är det inte – i alla fall inte ännu, även om<br />
samtal lär pågå.<br />
Det praktiska arbetet med Isa 100 har över<br />
huvud taget inte kommit särskilt långt. När vi<br />
på Automation gjorde en marknadsöversikt<br />
för trådlös industriutrustning förra året var det<br />
bara två tillverkare som angav att de kunde<br />
leverera instrument för Isa 100: Honeywell och<br />
Yokogawa.<br />
Vitsen med standardisering rent allmänt<br />
är ju att utrustningar från olika tillverkare ska<br />
kunna utbyta information i ett gemensamt nät.<br />
Men inte heller där finns några slående exempel<br />
med Isa 100. Just nu pågår sådana försök<br />
på ett enda ställe, en kemisk industri i Texas.<br />
I provnätet ingår fem typer av instrument från<br />
tre tillverkare: Gastronics, Honeywell och Yokogawa.<br />
Även Isa 100:s <strong>sensornät</strong>, alltså Isa 100.11a,<br />
bygger på standarden ieee 802.15.4. Det är ett<br />
meshnät med schemalagda sändningar. Enligt<br />
upphovsmännen vänder sig tekniken till användningsområden<br />
som tillåter tidsfördröjningar<br />
på cirka 100 ms.<br />
Tanken är att Isa 100 ska vara oberoende<br />
av kommunikationsprotokoll och kunna öv erföra<br />
Modbus och Profibusmeddelanden likaväl<br />
som Hart eller något annat. Det praktiska<br />
arbetet med Isa 100 har dock inte kommit särskilt<br />
långt ännu.<br />
Honeywell kombinerar två nät<br />
Längst med att utnyttja Isa 100.11a har Honeywell<br />
kommit med sitt koncept One wireless<br />
som samordnar flera olika trådlösa nät. För<br />
lokal kontakt med sensorerna används Isa<br />
100nätet. Om mätvärdet behöver ta sig fram<br />
längre sträckor används wlan istället.<br />
Fler nät som följer ieee 802.15.4 är på väg.<br />
FOTO: OMNIPROCESS<br />
Transmitter för differenstryck<br />
från Yokogawa<br />
som kommunicerar<br />
via Isa 100.<br />
Automation # 2:2011
Ett av dessa är 6 Lowpan. Detta nät använder<br />
samma adressering som Internet, det vill säga<br />
ipadressering. Det betyder att man i princip<br />
får ett obegränsat antal adresser, som dessutom<br />
fungerar även ute på tcp/ipnät. Det betyder<br />
också att man kan utnyttja mycket standardteknik<br />
från andra områden.<br />
Snabbare med Bluetooth<br />
Ett snabbare trådlöst korthållsnät är Bluetooth<br />
med överföringshastigheter upp till 3 Mbit/s.<br />
Även väntetiderna är korta. Däremot kan Bluetoothnäten<br />
bara ha högst åtta deltagare, vilket<br />
är en väsentlig skillnad mot de hundratals noderna<br />
i andra nät.<br />
Har man åtta deltagare i nätet blir den totala<br />
över föringstiden, inklusive väntan, i värsta<br />
fall 50 ms. Är det däremot bara två deltagare<br />
kan tidsfördröjningen komma ner till 5<br />
ms. Snabbheten gör att Bluetooth gärna används<br />
i maskiner. Inte minst gäller det rörliga<br />
sådana där trådbunden kommunikation är<br />
ett problem. Kablarna slits ut av rörelsen och<br />
i roterande maskiner kan de trassla till sig. <br />
TURCKS<br />
TRÅDLÖSA I/O<br />
DX70:<br />
Point-to-Point kommunikation<br />
DX80:<br />
Trådlöst nätverk med multipla I/O-noder<br />
DX99:<br />
ATEX-godkända I/O-noder<br />
Dataradio:<br />
Seriell kommunikation<br />
FOTO: EMERSON PROCESS MANAGEMENT<br />
Sense it! Connect it! Bus it! Solve it!<br />
Instrument från Emerson Process för Wireless<br />
Hart som mäter tryck och temperatur.<br />
www.turck.se<br />
TURCK<br />
EA Rosengrensgata 32<br />
421 31 Västra Frölunda<br />
Tel: +46-31-47 16 05<br />
Fax: +46-31-47 16 30<br />
E-mail: sweden@turck.com<br />
Internet www.turck.se<br />
S0335_SE_185x131_DX80.indd 1 05.01.2011 11:12:55<br />
Automation # 2:2011 25
<strong>Trådlösa</strong> nät<br />
FIGUR: DAG TOIJER<br />
26<br />
Honeywell kombinerar två nät<br />
WLAN<br />
hos honeywell ingår det nya <strong>sensornät</strong>et Isa 100.11a som<br />
en del i ett större koncept kallat Onewireless. Det är en teknik<br />
som utnyttjar två sorters trådlös överföring i en speciell typ<br />
av meshnät.<br />
för den lokala kontakten med sensorerna används Isa<br />
100-nätet. Men till skillnad från andra meshnät så sänds alla<br />
meddelanden till och från sensorerna direkt till en så kallad<br />
multinod som utgör spindeln i det lokala <strong>sensornät</strong>et. En<br />
sådan multinod kan hålla kontakt med hundra lokala instrument<br />
via Isa 100.<br />
Om meddelandet behöver ta sig fram längre sträckor, övergår<br />
multinoden till att skicka det vidare över trådlöst wlan<br />
till nästa multinod och så vidare till slutmålet. Är slutdestinationen<br />
ett instrument, övergår sändningen åter till Isa 100<br />
sista sträckan. Är målet någon typ av datorsystem, kan den<br />
sista wlan-noden anslutas direkt dit. Informationen kan<br />
<br />
WLAN<br />
Dash 7 är ett <strong>sensornät</strong> som kommer från<br />
ett helt annat håll än övriga nät, nämligen från<br />
rfid. Detta nät arbetar på en lägre frekvens än<br />
övriga <strong>sensornät</strong>, 434 MHz. Det betyder att<br />
öv er föringsavstånden kan bli förhållandevis<br />
långa, mel lan 5 och 10 km enligt uppgift. Samtidigt<br />
blir hastigheten lägre, maximalt 200<br />
kbit/s. Den maximala tidsfördröjningen är<br />
också relativt lång, den uppges kunna gå upp<br />
till två sekunder. En fördel med Dash 7 är att<br />
nätet är bra på kontakt med rörliga föremål.<br />
wlan kan komma i framtiden<br />
Talar man om lokal trådlös datatrafik, kan man<br />
knappast förbigå wlan, WiFi, trådlöst Ethernet<br />
eller vad man nu vill kalla det. Det är i och<br />
ISA 100<br />
förstås också skickas åt andra hållet, från dator till instrumenten<br />
ute på fältet.<br />
Genom att också använda wlan vinner man flera fördelar,<br />
menar man hos Honeywell. Dels kan man nå avstånd uppemot<br />
en kilometer, dels har ju wlan högre hastighet, upp till<br />
54 Mbit/s.<br />
sensorerna behöver bara sända över korta avstånd,<br />
vilket drar lite energi, och de kan klara sig på vanliga batterier<br />
i flera år, enligt Diedrik Mols. De betydligt färre multinoderna,<br />
som sänder över längre avstånd behöver mer ström,<br />
men kan strömförsörjas via kabel.<br />
Onewireless siktar på tillämpningar som klarar sig med tidsfördröjningar<br />
runt 100 ms. Nät av den här typen finns installerade<br />
på många fabriker runt om i världen, dock ingen i<br />
Sverige.<br />
för sig inte ett nät avsett för den typ av tilllämpningar<br />
där man hittar <strong>sensornät</strong>en, utan<br />
för stora datamängder. Hastigheten är hög, upp<br />
till 54 Mbit/s.<br />
– Samtidigt är det en stor fördel att dataavdelningen<br />
på företaget är bekant med tekniken,<br />
eftersom den är så spridd, menar Tim Cutler<br />
på rfm.<br />
– Det finns också ett stort utbud av elektronik<br />
och teknikutvecklingen går fort.<br />
Ett problem har varit att wlan drar mycket<br />
ström, men ny teknik är på väg att minska<br />
strömförbrukningen. Som Honeywell visat, det<br />
går ju också att kombinera renodlade <strong>sensornät</strong><br />
med wlan till en helhetslösning. Och få<br />
trodde ju för tio år sedan att Ethernet skulle <br />
Automation # 2:2011
6 Lowpan har samma adresser som Internet<br />
D et<br />
nya nätet 6 Lowpan skiljer sig från de<br />
flesta andra <strong>sensornät</strong>en i och med att det<br />
använder samma adressering som Internet, det<br />
vill säga ipadressering. Dessutom används<br />
den nya versionen av adressering, ip version 6<br />
(därav sexan i namnet 6 Lowpan). Det betyder<br />
att man i princip får ett obegränsat antal<br />
adresser, som dessutom fungerar på alla tcp/<br />
ipnät, förutsatt att dessa använder adressystem<br />
version 6 – vilket i och för sig inte så<br />
många gör ännu. (Mer om ip v6 finns att läsa<br />
i Automation nummer 11:2010).<br />
– Men antalet adresser är knappast det<br />
avgörande. Viktigare är att man kan ut<br />
Bluetooth är ett trådlöst korthållsnät som<br />
följer en egen version av standarden ieee<br />
802.15, med en annan slutsifra än de långsamma<br />
näten. Standarden för Bluetooth heter<br />
802.15.1. Nätet är också förhållandevis<br />
snabbt, med överföringshastigheter upp till 3<br />
Mbit/s. Även väntetiderna är korta. Myntets<br />
baksida är att Bluetoothnäten kan ha högst<br />
åtta anslutna enheter, vilket ju är väsentligt<br />
mindre än de hundratals noderna i andra<br />
<strong>sensornät</strong>.<br />
Bluetooth är inte heller riktigt jämförbart<br />
med de mer renodlade <strong>sensornät</strong>en. Det konstruerades<br />
av Ericson och används i oerhört<br />
många sammanhang, från hörsnäckor för mobiltelefoner<br />
till<br />
trådersättare i<br />
datorsystem.<br />
In om industrin har det fått användning som<br />
ett mer generellt automationsnät för kortare<br />
avstånd.<br />
Bluetooth<br />
Snabbheten och karaktären av kabelersättare<br />
i mindre installationer, gör att Bluetooth<br />
ofta används i maskiner, inte minst rörliga sådana<br />
där trådbunden kommunikation är ett<br />
problem. Med den trådlösa kommunikationen<br />
slipper man kablar som slits ut av rörelsen<br />
eller trasslar in sig i roterande maskiner.<br />
Bluetooth används också för exempelvis lokal<br />
kontakt med styrsystem.<br />
Näten har en renodlad master–slavstruk<br />
nyttja befintlig teknik som används i andra<br />
sammanhang, menar Joakim Eriksson, forskare<br />
på Sics.<br />
6 Lowpan kan kommunicera via många typer<br />
av trådlösa medier, men hittills har man<br />
koncentrerat arbetet till 802.15.4. Det betyder<br />
att nätet har ungefär samma prestanda som<br />
andra nät som följer denna standard. Även 6<br />
Lowpan kan utnyttja meshöverföring.<br />
6 L0wpan<br />
Bluetooth går snabbt<br />
Omvandlare från<br />
Connectblue som<br />
överför seriekommunikation<br />
som rs 232<br />
till Bluetooth.<br />
tur med frågor och svar. Det betyder att sändningarna<br />
blir synnerligen förutsägbara. Har<br />
man begränsat sig till två deltagare, en master<br />
och en underordnad enhet, kan tidsfördröjningen<br />
komma ner till 5 ms. Är det ett nät<br />
med det maximala antalet åtta deltagare, kan<br />
fördröjningen bli i storleksordningen 50 ms.<br />
Bluetooth arbetar på frekvensen 2,4 GHz och<br />
använder frekvenshoppning för att öka överföringssäkerheten.<br />
Meshteknik används inte.<br />
Bluetooth finns i tre klasser med olika efekter<br />
och därmed olika överföringsavstånd.<br />
Den högsta efektklassen ligger på 100 mW<br />
och når åt min stone 100 m.<br />
– I gynnsamma fall kan<br />
man nå 300 m inomhus och<br />
upp till 1 km utomhus, säger Mats Andersson<br />
på Connectblue, ett svenskt företag som länge<br />
arbetat med Bluetooth i industritillämpningar.<br />
Att Bluetooth mest används utanför industrin<br />
borgar för en snabb teknisk utveckling<br />
och stora volymer på elektroniken, vilket håller<br />
priserna nere. Dessutom finns mycket kunskap<br />
om Bluetooth spridd över världen. Antalet<br />
sålda integrerade kretsar för Bluetooth uppgår<br />
till hundratals miljoner varje år.<br />
Automation # 2:2011 27<br />
FOTO: CONNECTBLUE
<strong>Trådlösa</strong> nät<br />
28<br />
Dash 7 kommer från rfid<br />
N ätet<br />
Dash 7 kommer från ett helt annat håll<br />
än övriga <strong>sensornät</strong>, eftersom det har sitt<br />
ursprung i rfid. Det är i och för sig ingen<br />
onaturlig utveckling. rfid är ju<br />
en teknik<br />
för att överföra information med radiostrålning,<br />
men vanligtvis handlar det om<br />
meddelanden från en rfidbricka (”tagg”) till<br />
en läsare eller vice versa.<br />
Vid läsning av taggar, är det läsaren som<br />
trådlöst överför energi till taggen som sedan<br />
kan sända information tillbaka till läsaren. I<br />
Dash 7 har man så kallad aktiv rfidteknik,<br />
det vill säga sändaren har sin egen strömförsörjning<br />
i form av ett batteri.<br />
Dash 7nätet utgår från rfidstandarden Iso<br />
18000. Just den variant som används för <strong>sensornät</strong>et<br />
heter Iso 180007 (därav namnet<br />
Dash 7, det vill säga ”Streck 7”).<br />
Intressanta länkar<br />
Bakom de trådlösa <strong>sensornät</strong>en står företag eller organisationer. Här är<br />
adresser till mer information om näten som nämns i artikeln.<br />
Bluetooth Special Interest Group www.bluetooth.org<br />
Dash 7 Alliance www.dash7.org<br />
Enocean Alliance www.enoceanalliance.org<br />
Isa 100 www.isa.org/isa100<br />
National Instruments Wireless Sensor Network www.ni.com/wsn<br />
One Wireless (Honeywell) www.thewirelessplant.com<br />
Wireless Hart (Hart Communication Foundation) www.hartcomm.org<br />
Zigbee Alliance www.zigbee.org<br />
6 Lowpan www.6lowpan.org<br />
<br />
Dash 7<br />
fungera som fältbuss, om än med vissa modifieringar.<br />
Idag vet vi bättre. Så vem vet vad<br />
framtiden bär med sig för wlan ute i fabrikerna.<br />
Angränsande områden<br />
Utöver de öppna <strong>sensornät</strong>en finns alla proprietära<br />
nät. Ett exempel är National Instruments<br />
Wireless Sensor Network, som är en mo<br />
Dash 7 arbetar på en lägre frekvens än övriga<br />
<strong>sensornät</strong>, 434 MHz. Den låga frekvensen<br />
betyder att överföringsavståndet blir längre<br />
än för de andra <strong>sensornät</strong>en, upp till 5 km<br />
enligt vissa, 10 km enligt andra. Samtidigt blir<br />
hastigheten lägre, maximalt 200 kbit/s. Någon<br />
meshmöjlighet finns inte, men å andra<br />
sidan är överföringsavstånden långa ändå.<br />
– En fördel med Dash 7 är också att nätet är<br />
bra på att hålla kontakt mellan rörliga punkter,<br />
förklarar Tim Cutler på rfm.<br />
Dash 7 är händelsestyrt, det vill säga en enhet<br />
sänder när den har något att meddela.<br />
Den maximala tidsfördröjningen är lång, den<br />
uppges kunna gå upp till två sekunder. Näten<br />
är å andra sidan strömsnåla, vilket gör att batterier<br />
räcker länge. Dash 7 använder den nya<br />
adresseringstekniken för Internet, ip v6.<br />
– Man kan se klara fördelar med detta nät i<br />
vissa situationer, men ännu är det så gott som<br />
oprövat på fältet, är slutsen från Tim Cutlers<br />
på rfm.<br />
Vi är på väg in i Fältbussbråket<br />
3.0.”<br />
difierad variant av Zigbee. Nätet finns i en hel<br />
del tillämpningar, från gruvor till marinteknik.<br />
En av fördelarna National Instruments<br />
fram håller är kopplingen till företagets mätprogramvara<br />
Labview. Men detta nät är alltså<br />
inte öppet som de standardiserade näten.<br />
Tittar man på angränsande användningsområden<br />
som fastighetsautomation finns andra<br />
nät, exempelvis Enocean. Denna teknik togs<br />
fram för helt sladdlösa lampströmbrytare.<br />
Istället för att bryta strömmen i en kabel sänds<br />
en radiosignal till lampan där strömmen bryts<br />
på riktigt. Strömmen för sändningen genererar<br />
man genom att trycka på knappen, så sändarna<br />
klarar sig utan batteri. Enoceantekniken<br />
är inte lika säker som övriga <strong>sensornät</strong>,<br />
menar Tim Cutler. Nätet är inte heller särskilt<br />
robust, det vill säga motståndskraftigt mot<br />
störningar. Men billigt, strömsnålt och enkelt<br />
är det.<br />
Dag Toijer<br />
Automation # 2:2011
Trådlöst Hart passar tiden<br />
Wireless Hart bygger på samma<br />
standard som många av de andra<br />
<strong>sensornät</strong>en, ieee 802.15.4, med allt vad<br />
det innebär om frekvenser, över föringshastigheter<br />
och avstånd. Men Wireless<br />
Hart är just vad namnet anger, en<br />
variant av processindustrins Hartprotokoll<br />
fast med radiovågor istället för<br />
en kabel. Trådlös överföring togs med<br />
i den generella Hartspecifikationen<br />
2007. Att Wireless Hart är en del av<br />
Hartspecifikationen betyder att man<br />
inte bara specificerar de fysiska förutsättningarna,<br />
som radiofrekvenser, och<br />
hur man kommer åt nätet, utan hela<br />
konceptet upp på tillämpningsnivån.<br />
Wireless Hart är ett meshnät med alla<br />
sändningar schemalagda, inklusive<br />
hoppen. Det innebär att överföringarna<br />
blir helt förutsägbara och fungerar<br />
i realtid. Varje enhet har specificerade<br />
”slottar”, tidsluckor och frekvenser<br />
att sända på. Det finns också utrymme<br />
för oförutsedda sändningar.<br />
Att överföringarna är schemalag<br />
Wireless Hart<br />
Marknadsöversikt trådlösa nät<br />
I<br />
da, innebär inte att alla går lika fort.<br />
Hur fort en sändning kommer fram<br />
beror på en mängd faktorer, som hur<br />
ofta enheterna har sin schemalagda<br />
tid att sända och hur många hopp som<br />
ska genomföras på vägen. Men enligt<br />
Hart Communication Foundation, orga<br />
nisationen bakom Hartprotokollet,<br />
ligger genomsnittsfördröjningen på cirka<br />
30 ms. För att öka överföringssäkerheten<br />
utnyttjar Wireless Hart fre kvenshoppning.<br />
Många stora tillverkare av processautomation<br />
har instrument för anslutning<br />
till Wireless Hart. Förra året<br />
gjorde Automation en översikt med<br />
utrustning för trådlösa industrinät. I<br />
denna återfanns utrustning för Wireless<br />
Hart från tio tillverkare på den<br />
svenska marknaden. Ser man det på<br />
världsbasis, finns det betydligt mer än<br />
så. Det finns också åtskilliga installationer<br />
i drift, även i Sverige.<br />
Automations marsnummer förra året (nummer<br />
3:2010) presenterade vi en marknadsöversikt<br />
med industriprodukter för trådlös da<br />
Nivåradar från Rosemount Rex. Den<br />
är utrustad med en ”Thum”, en adapter<br />
för överföring via Wireless Hart.<br />
ta överföring. Där ingick både produkter för<br />
trådlösa <strong>sensornät</strong>, wlan, gsm och annan trådlös<br />
överföring.<br />
Du kan ladda ned artiklarna om <strong>Trådlösa</strong><br />
<strong>sensornät</strong> utan kostnad från vår hemsida.<br />
www.automation.se/tradlost<br />
Automation # 2:2011 29<br />
FOTO: EMERSON PROCESS MANAGEMENT
Change language