Merkmale des Aufbaus eines Wi-Fi-Netzwerks in der innovativen Lebensmittelproduktion

Einführung

Der derzeitige Entwicklungsstand von Produktionstechnologie, Prozessautomatisierung, Informationsmanagement und Buchhaltungsdienstleistungen einerseits, ein hohes Maß an internem und externem Wettbewerb, verschärfte Anforderungen an die Produktqualität, Kostenoptimierung und der Kampf um den Endverbraucher andererseits werfen für die Hersteller eine breite Palette von Problemen bei der komplexen Modernisierung auf Produktion. Mit dieser Modernisierung ändern sich nicht nur Technologie, Dienstleistungen, technische Aspekte, die Informationsumgebung, sondern auch die Psychologie des gesamten Prozesses (Produktion). Daher versucht der Hersteller, den gesamten Prozess zu optimieren und mögliche „Fehlerstellen“ in verschiedenen Phasen zu beseitigen. Wie Sie wissen, wird ein großer Prozentsatz der Ausfälle durch den „menschlichen“ Faktor verursacht. Je mehr Personen in der Betriebskette sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit von Fehlern, Schäden an technologischen Geräten und infolge von Heirat, einfacher Produktion, Nichteinhaltung von Lieferfristen, Geldstrafen usw.

Zusätzlich zu den „Fehlern“ bei der Lebensmittelproduktion hat eine Person als Teil der Produktionskette einen großen Einfluss auf den Biosicherheitsfaktor von Produkten. Und unter ungünstigen Umständen und Verstößen gegen die Technologie kann der „Biofaktor“ zum Verlust ganzer Chargen bereits versendeter Produkte führen. Das heißt, Der Ausschluss einer Person vom direkten Kontakt mit Rohstoffen und ihren Bestandteilen wirkt sich direkt auf die Endqualität des Produkts aus, was wiederum zu einer Verringerung der Verluste führt.

Eine einfache Modernisierung der Produktion mit der Installation von Robotern, Förderbändern, automatisierten Lagern und dem Einsatz automatisierter Buchhaltungs- und Steuerungssysteme löst jedoch aufgrund der folgenden Einschränkungen nicht die gesamte Bandbreite der Probleme.

Es gibt keine schlüsselfertige Lösung für die vollständige Automatisierung der Produktion. Es gibt automatisierte Linien von "Produktionsstücken", die innerhalb ihrer technologischen und logistischen Aufgaben arbeiten. Von lokalen Systemen verwaltet und über einen kumulativen Produktionspuffer miteinander interagiert. Oft können dies automatisierte Leitungen verschiedener Hersteller sein, die kein einziges Interaktionsprotokoll haben. Um solche Teile der technologischen Kette zu vereinen, wird eine einzige Informationsplattform (SIP) geschaffen, die ein physisches Übertragungsmedium und die Interaktion mit allen Komponenten der automatisierten Produktion erfordert.

In diesem Artikel werden die Merkmale des Entwurfs und der Konstruktion eines solchen physischen Übertragungsmediums beeinflusst.

Eine Menge technischer Literatur, die in den Weiten des Internets präsentiert wird, berichtet über scheinbar gut etablierte und zweifellos korrekte Algorithmen (Aktionspläne, Techniken - nennen Sie es so, wie Sie möchten :)) zum Aufbau dieser oder jener Netzwerkinfrastruktur. In der Praxis muss jedoch jede Methodik sorgfältig an die spezifischen Anforderungen, Bedingungen und Umstände der Arbeit jedes spezifischen Projekts angepasst werden. In diesem Artikel möchten wir darüber sprechen, wie Sie Erfolg erzielen können, indem Sie theoretisches Wissen an bestimmte Bedingungen anpassen und ein System erstellen, das die angegebenen Anforderungen des Kunden vollständig erfüllt.

Der Schwerpunkt liegt auf dem Aufbau der Netzwerkinfrastruktur der ersten russischen Wurstroboteranlage. Wir stellen sofort fest, dass diese Veröffentlichung nicht mit vielen theoretischen Berechnungen gefüllt sein wird, die zu den einzig richtigen Lösungen geführt haben. Wir werden den Entwurfsprozess von der praktischen Seite aus betrachten.

Die interessantesten und komplexesten Aufgaben, die wir lösen mussten:

• Bereitstellung eines Wi-Fi-Netzwerks für die Büroräume der Anlage. Im Rahmen dieses Projekts hat der Kunde die LAN-Ports an den Arbeitsplätzen aufgegeben - die Mitarbeiter müssen mobil sein.
• Bereitstellung eines drahtlosen WI-FI-Netzwerks für die Industrieräume der Anlage für den Betrieb von technologischen Geräten, einschließlich Shuttle-Robotern, die Produkte zwischen Abschnitten automatisierter Leitungen transportieren.
• Bereitstellung eines kabelgebundenen Netzwerks für industrielle Steuerungen verschiedener lokaler automatisierter Systeme und anderer technologischer Produktionsbereiche.

Der Shuttle-Roboter transportiert einen Rahmen mit Produkten

Designvorbereitung

Wireless Client-Einstellungen

Ganz am Anfang des Entwurfs eines drahtlosen Netzwerks haben wir uns auf die Tatsache konzentriert, dass ein drahtloses Netzwerk nicht nur für den „Betrieb von Geräten“, sondern auch für die Übertragung von Daten aus bestimmten Anwendungen und Diensten aufgebaut ist. Aus diesem Grund müssen die Funktionen der drahtlosen Schnittstellen und Funktionen der Client-Geräte (Sendeleistung, unterstützte Frequenzbereiche, Kanäle usw.) berücksichtigt werden, um die erforderlichen Mindestanforderungen für Clientanwendungen für Bandbreite und Netzwerkverzögerungen zu erfüllen.

Im Rahmen dieses Projekts haben wir die Hauptverbraucher des drahtlosen Netzwerks in drei Gruppen unterteilt:

• Datenerfassungsterminals
• Shuttle-Roboter
• Büroangestellte Laptops

Die ungefähren Anforderungen an die minimal erforderliche Bandbreite und Latenz von Datenerfassungsterminals und Laptops von Büroangestellten sind seit langem berechnet und bekannt. Aber mit mysteriösen Robotern war es etwas komplizierter. Auf Anfrage des Herstellers nach Anforderungen für ein drahtloses Datennetzwerk wurde eine trockene Antwort empfangen: 500 kbit / s, <300 ms Verzögerung.


Aufladen von Shuttle-Robotern

Wir haben herausgefunden, dass alle Hosts eine wunderbare Funktion haben - sie unterstützen den Betrieb im 5-GHz-Band! In Absprache mit dem Kunden haben wir beschlossen, das Netzwerk so zu gestalten, dass nur dieser Bereich verwendet wird, was unser Leben erheblich erleichtert.

Zunächst muss ein drahtloses Netzwerk entworfen werden, ausgehend von den Anforderungen der Clientanwendungen und den Funktionen der drahtlosen Schnittstelle des Clients. Andernfalls wird am Ende entweder eine hochredundante Lösung erhalten oder eine Lösung, die die Anforderungen für das WLAN nicht erfüllt.

Pläne und Zeichnungen sind der Schlüssel zu gesundem Design

Der Entwurf eines Wi-Fi-Netzwerks wurde mit einer detaillierten Untersuchung sowohl der Pläne als auch der Einrichtung selbst fortgesetzt. Sehr oft wird ein Ingenieur zu Beginn des Entwurfs mit der Situation konfrontiert, dass in der Anlage keine Baubereitschaft besteht, und dies ist nicht nur das Fehlen von Zwischendecken und Trockenbauwänden, sondern das teilweise oder vollständige Fehlen von Wänden, Decken oder Teilen der tragenden Strukturen.




Objektstatus zu Beginn des Entwurfs

Für eine erfolgreiche Arbeit ist es daher unbedingt erforderlich, vom Kunden Architekturpläne, Skizzen der Anordnung der Geräte und Angaben zu den Versorgungsunternehmen zu erhalten. Neben den Plänen ist eine enge Interaktion mit den Technologen des Kunden erforderlich, um die technologischen Prozesse zu verstehen und wichtige Details nicht zu übersehen. Oft ignorieren Kunden Anfragen nach detaillierten Daten, aber in unserem Fall wurden die umfassendsten Informationen des Kunden bereitgestellt.


Ein Beispiel für einen „schlechten“ Grundriss


Ein Beispiel für einen „guten“ Grundriss

„Richtige“ Pläne enthalten Informationen zur Platzierung von Barrieren, Strukturen, Ausrüstung und Baumaterialien. All dies ermöglicht es uns, die Faktoren zu bewerten, die die Ausbreitung des Funksignals beeinflussen. Bei großen Projekten können Sie durch das Vorhandensein solcher Anfangsdaten die technische Lösung optimieren und den Einfluss der physischen Umgebung auf den Standort der Zugangspunkte, deren Anzahl und Art der installierten Antennen berücksichtigen.

Als Beispiel, das die Notwendigkeit eines integrierten Ansatzes für das Studium von Räumlichkeiten widerspiegelt - die Geschichte, die mit dieser wunderbaren Technologie-Betrachtungsgalerie verbunden ist.



An einem der Orte befindet sich der Zugangspunkt in einer Entfernung von 3-4 Metern von der Galerie, er kann durch das Glas gesehen werden. Auf den ersten Blick - Glas und Glas - hat einen relativ kleinen Absorptionskoeffizienten und der Signalpegel im Raum sollte akzeptabel sein. Bei einer detaillierteren Analyse stellte sich jedoch heraus, dass ein Brandfenster installiert war: ein verstärkter gefüllter Aluminiumrahmen und ein hochwasserbeständiges Brandschutzglas. In der Praxis gibt es durch dieses Design auf einem Mobiltelefon überhaupt kein Signal vom Zugangspunkt. Ein Laptop mit einem empfindlicheren Empfänger zeigt ein Signal mit einem Pegel von -80 dBm an

Zu Beginn der Entwurfsphase eines im Bau befindlichen Objekts ist es äußerst wichtig, eine vollständige visuelle Darstellung aller Räume zu haben, wobei die Installation aller technologischen Geräte zu berücksichtigen ist (übrigens kann es auf unerwartete Weise angeordnet werden: auf dem Boden, an der Decke und vielem mehr).

Eine Fabrik ist kein Büro für Sie ...

Einer der Hauptunterschiede zwischen den Produktions- und Büroräumen beim Entwurf eines drahtlosen Netzwerks sind die Betriebsbedingungen von Zugangspunkten und anderen Netzwerkgeräten. Selbstverständlich werden Server- und Telekommunikationsanlagen unter Berücksichtigung der Anforderungen und Betriebsbedingungen der Geräte vorbereitet. Aber Produktionsanlagen, selbst innerhalb derselben Fabrik, haben völlig unterschiedliche Umgebungsparameter, und Sie müssen äußerst vorsichtig sein, wenn Sie Netzwerkgeräte darin installieren.

In unserem Fall war die Temperatur in Ordnung, sie ging nicht über den Bereich von -5 +30 hinaus, jedoch werden alle Technikräume mit Hochdrucksystemen gereinigt.



Unabhängig davon, welche Zugangspunkte und Antennen für die Arbeit in Technologieräumen ausgewählt wurden, wurde beschlossen, sie in einer versiegelten radio-transparenten Box zu installieren.

Ein aufmerksamer Leser wird sofort darauf achten: Warum müssen Sie ein solches „Kit“ aus einem Zugangspunkt und einer hermetischen Box herstellen, wenn Sie Zugangspunkte mit einer Schutzstufe von IP67 verwenden können? Natürlich haben wir nicht vergessen, dass jeder Hersteller eine solche hat, aber wir haben die Option mit einer hermetischen Box gewählt, weil:

• Zum Zeitpunkt des Entwurfs erforderten alle sicheren Cisco Access Points (Geräte dieses bestimmten Herstellers waren für die Verwendung geplant) zusätzliche Importgenehmigungen, mit Ausnahme des IW3700-Modells (die Kosten waren viel höher als geplant). Die Registrierung von Genehmigungen und die Lieferzeit von „sicheren“ Zugangspunkten passten nicht zu den engen Fristen des Projekts.
• Budgeteinsparungen: Ein Kit bestehend aus einem Access Point 2702E und einer Germobox wurde billiger herausgebracht.

In der Produktionsstätte müssen Sie die Betriebsbedingungen der Zugangspunkte sorgfältig berücksichtigen und dabei völlig unterschiedliche Eigenschaften der Räumlichkeiten (Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Staub usw.) berücksichtigen. Sie können das Sicherheitsproblem nicht nur blind nach den Empfehlungen des Herstellers lösen - verwenden Sie sichere Zugangspunkte. Diese Option ist im Rahmen der Projektdurchführung nicht immer möglich und rational.

Letzterer hat im Kampf zwischen einem Telekommunikationsingenieur und einem Produktionstechnologen immer Recht.

Zugängliche Stellen für die Installation von Zugangspunkten sind ein weiterer wichtiger Punkt, der zu Beginn des Entwurfs klar definiert werden muss. In komplexen technologischen Einrichtungen gibt es neben den installierten Geräten noch viel Kommunikation - Strom, Wasser, Luftkanäle. Viele von ihnen beeinträchtigen die Ausbreitung des Funksignals.
In unserem Fall wurden zu allen oben genannten auch Shuttle-Roboter hinzugefügt, die Produkte von den Aufbereitungsstellen zu den Trocknungs- und Fermentationskammern transportierten. Dies ist kein statisch installiertes Objekt, sondern eine mobile technologische Ausrüstung. Es war sehr wichtig zu verstehen: Wohin gehen sie? Was ist die maximale Höhe des Shuttles mit dem Rahmen? Wie weit sind die Transportwege von den Mauern entfernt? Ein gemeinsames Verständnis des gesamten Prozesses ihrer Arbeit war sehr nützlich und es wäre schön, diese Aktion live zu sehen. Aber hier ist das Pech: Zu dieser Zeit gab es in Russland keine solchen Pflanzen. Die offenen Räume des Internets und das beliebteste Video-Hosting der Welt sollten uns helfen - es war möglich, Ideen über Roboter zu entwickeln und zu verstehen, wo unsere Zugangspunkte platziert werden sollten.

In solchen Einrichtungen ist der Standort von Zugangspunkten häufig begrenzt. Es ist bei weitem nicht immer möglich, einen Zugangspunkt an einem Ort einzurichten, der für die Signalausbreitung optimal ist. Darüber hinaus musste die Anforderung des Kunden an Fehlertoleranz bei Ausfall eines der Zugangspunkte erfüllt werden.

Wenn Sie die Konfiguration der Räumlichkeiten und den technologischen Prozess nicht im Detail verstehen, können Probleme in Form der Übertragung eines oder mehrerer Zugangspunkte auftreten. Und das ist nicht leicht zu entfernen und zu überwiegen: Dies sind neue technologische Öffnungen, Probleme bei der Beseitigung der Folgen alter Öffnungen (in der Lebensmittelindustrie konzentrieren sie sich insbesondere auf Probleme der Korrosion, Rostbildung, Eindringen von Außenflora), Übertragung des SCS-Punktes. Kein Grund, warum Wi-Fi hier funktionieren sollte und ein im Dialog mit Produktionstechnologen installierter Zugangspunkt nicht funktioniert, wenn er die Installation von Produktionsanlagen und Baugruppen wirklich beeinträchtigt.

Aber was ist, wenn etwas ausfällt ...!?

Eine weitere wichtige Bedingung beim Entwerfen eines WLAN für dieses nicht einfache Objekt ist die Fehlertoleranz. Jeder Ausfall ohne Redundanz kann zu Unterbrechungen des Produktionsprozesses führen, die nicht zulässig sind. Die Notwendigkeit einer Fehlertoleranz wurde durch den Betrieb von Shuttle-Robotern verschärft. In einem Wi-Fi-Netzwerk empfangen sie Aufgaben und senden parametrische Daten an das automatische Steuerungssystem, z. B. das Gewicht des bewegten Rahmens, den Standort und den Akkuladestand.

Die Funkumgebung wurde so konzipiert, dass im Falle eines Ausfalls eines der Zugangspunkte die benachbarten den Versorgungsbereich des ausgefallenen Punkts mit einem Signalpegel am Empfänger von mindestens -75 dBm versorgten.
Diese Entwurfsentscheidung brachte einige Einschränkungen und Schwierigkeiten mit sich:

• Erstens musste auf Richtantennen verzichtet werden (eine viel größere Anzahl von Zugangspunkten wäre erforderlich, außerdem ist der Preis der Antenne viel höher als bei Standard-Omni).
• zweitens, um das Auferlegen von Frequenzen von verschiedenen Punkten in einigen Bereichen zu ertragen.

Was die zweite Einschränkung betrifft: Hier haben wir noch einmal alle Vorteile des Entwurfs einer Wi-Fi-Umgebung im 5-GHz-Band in der Praxis getestet. Da sich die Funkwellen dieses Bereichs auf eine kürzere Entfernung als 2,4 GHz erstrecken und es mehr nicht überlappende Kanäle gibt, werden starke Interferenzen und Interferenzen vermieden.

Wir gingen weiter und reservierten das WLAN so, dass das Netzwerk bei einem Ausfall des Telekommunikationsknotens normal weiter funktionierte - benachbarte Zugangspunkte wurden mit verschiedenen Telekommunikationsknoten verbunden. Innerhalb eines Telekommunikationsknotens wurden Access Points auf verschiedene Switches verteilt. Natürlich waren auch alle anderen Netzwerkelemente (Router, Kernel-Switches, WLAN-Controller) reserviert.

Die Stromversorgung für drahtlose Zugangspunkte erfolgt über Schalter auf Zugangsebene, die mit zwei unabhängigen Netzteilen ausgestattet sind.

Jede Stromversorgungseinheit der Schalter ist mit einer separaten Stromverteilungseinheit verbunden, die elektrische Energie über eine unabhängige Kabelleitung von einer separaten Verteilerplatine des unterbrechungsfreien Stromversorgungssystems empfängt. Es wird mit gegenseitiger Redundanz der Komponenten hergestellt und verwendet unterbrechungsfreie Stromversorgungen eines modularen Typs. SBE erhält elektrische Energie von zwei unabhängigen Umspannwerken der Anlage.

Funkplanung

Die erste Phase der Funkumgebungsplanung - eine vorausschauende Funkuntersuchung - wurde mit der Software Ekahau Site Survey Pro durchgeführt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Erfolg einer vorausschauenden Funkuntersuchung in hohem Maße von der Richtigkeit der ausgewählten Hindernisparameter (Wände, volumetrische Objekte wie Gestelle, Regale usw.) sowie von der Richtigkeit der Wiedergabe der Räumlichkeiten abhängt. Viele Objekte haben eine komplexe Architektur und daher ist die Zuverlässigkeit der bei einer solchen Berechnung erhaltenen Daten sehr zweifelhaft.

In der Praxis konnte man sich aufgrund der Komplexität der Entwürfe des Industrieunternehmens und der verschiedenen beim Bau verwendeten Materialien (z. B. bestehen die Trockenkammern aus Metall-Sandwichelementen) nur teilweise auf die Programmmethode für die Planung der Wi-Fi-Umgebung verlassen: sozusagen eine „Strategie“ entwickeln ”Position der Zugangspunkte, bestimmen Sie deren ungefähre Anzahl. Diese Daten reichen aus, um mit dem Entwurf technischer Systeme zu beginnen.
Sobald jedoch die Konstruktionsbereitschaft von mindestens einem Teil des Objekts es uns ermöglichte, vor Ort eine Funkvermessung durchzuführen (Vermessung vor dem Einsatz oder auch AP-on-a-Stick genannt), gingen wir zum Objekt über. Es war keine Zeit, auf die vollständige Bereitschaft der Anlage zu warten, sondern die endgültige Zusammensetzung der Ausrüstung zu bestimmen und zu bestellen. Niemand hat die Bedingungen des Projekts abgesagt.





Nachdem an mehreren typischen Orten Messungen durchgeführt wurden, wurde verstanden, wie Zugangspunkte in der gesamten Einrichtung platziert werden. Übrigens hat sich die Anzahl der Zugangspunkte gegenüber den ursprünglich geplanten um 15-20% verringert.

Sie können der Software-Funkmodellierung nur vertrauen, wenn Sie Erfahrung mit dem Entwerfen von Wi-Fi in ähnlichen Umgebungen und mit ähnlichen Netzwerkanforderungen haben. Durch die Durchführung einer Standortuntersuchung vor der Bereitstellung wird sichergestellt, dass die vorläufigen Berechnungen korrekt sind und gegebenenfalls korrigiert werden.

Es ist Zeit für das Objekt!

Nachdem wir die lang erwartete Ausrüstung erhalten hatten, ohne einen Tag zu verschwenden, schickten wir Zugangspunkte an Installateure, um eine große Anzahl von Zugangspunkten auf einer Baustelle zu montieren, auf der neben Ihnen viele verschiedene Auftragnehmer schwierig sind. Dieser Raum ist geschlossen, dann wurden andere Geräte installiert und gleichzeitig hat es nicht funktioniert.

Gleichzeitig wurde die Konfiguration und Installation von Netzwerk-Switches, Routern und WLAN-Controllern durchgeführt. Einige Installationsorte für Telekommunikationsgeräte waren nicht baugerecht, während Prozessspezialisten bereits ein Netzwerk für Tests benötigten.

Wir haben 14 Telekommunikationsschränke in der gesamten Anlage installiert. Die Anschlüsse der Switches stellten nicht nur Zugangspunkte, sondern auch technologische Geräte zur Verfügung.


Montierter Telekommunikationsschrank

Ein Beispiel für die technologische Interaktion verschiedener automatisierter Systeme

Ein vereinfachtes Standardbeispiel, das direkte Zusammenspiel verschiedener automatisierter Systeme durch verschiedene physikalische Übertragungsmittel, ist das Laden des Rahmens mit den Produkten in die Trocknungs- und Fermentationskammer:

• In der letzten Phase des Transports des Produktrahmens informiert der Shuttle-Roboter über den Standort einer einzelnen Informationsplattform (EIP) (über den WiFi-Funkkanal).
• Das EIP gibt einen Befehl an die Steuerung der Trockenkammer (per Draht), die Kammer zu öffnen.
• Nachdem die Steuerung (per Kabel) bestätigt hat, dass die Kamera geöffnet ist, gibt das EIP dem Shuttle-Roboter (über den WiFi-Funkkanal) den Befehl, sich innerhalb der Kamera zu bewegen.
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Zusammenfassung

Das Design und die Implementierung von LAN und WLAN sowie von Engineering-Systemen dauerte 8 Monate. Abnahmetests dauerten 4 Tage. Das Testprogramm bestand aus verschiedenen Fehlertoleranzprüfungen - wir haben Access Points sowie ganze Telekommunikationsschränke selektiv ausgeschaltet, die Funktion des drahtlosen Netzwerks überprüft und Roaming durchgeführt.
Zur Zeit der vollständigen Bereitschaft der drahtlosen und drahtgebundenen lokalen Netzwerke wurden parallele Arbeiten zur Inbetriebnahme von Industrieanlagen und den anspruchsvollsten Wi-Fi-Hosts - Shuttle-Robotern - durchgeführt.

Wir können mit Zuversicht sagen, dass das Fehlen von Beschwerden von Herstellern über die Funktionsfähigkeit der Netzwerkinfrastruktur den Erfolg unserer Arbeit bestätigt.

Kundenangebot.
Vladislav Belyaev IT-Direktor Cherkizovo Group

... Vollautomatisierung hat den menschlichen Faktor beseitigt ... Dies hat einerseits menschliche Fehler beseitigt, die früher ständig auftraten, weil Operationen und Menschen waren viele. Der zweite Faktor ist die Biosicherheit: Je weniger Menschen mit Rohstoffen in Kontakt kommen, desto besser ist das Produkt und desto länger hält es. Eine gemeinsame integrierte Prozesskette ermöglichte es wiederum, schnell alle objektiven Informationen aus allen Phasen zu erhalten. Das Unternehmen kann in Echtzeit immer sehen, was mit der Anlage passiert: vom Betrieb der Maschinen bis zur Makroebene ...