Características de la construcción de una red Wi-Fi en la producción innovadora de alimentos.

Introduccion

El nivel actual de desarrollo de la tecnología de producción, la automatización de procesos, la gestión de la información y los servicios de contabilidad, por un lado, un alto nivel de competencia interna y externa, el endurecimiento de los requisitos de calidad del producto, la optimización de costos, la lucha para el consumidor final, por otro, plantea una amplia gama de problemas para los fabricantes en la modernización compleja producción Con esta modernización, no solo la tecnología, los servicios, los aspectos técnicos, el entorno de la información cambian, sino también la psicología de todo el proceso (producción). Por lo tanto, el fabricante está tratando de optimizar todo el proceso, eliminando los posibles "puntos de falla" en diferentes etapas. Como saben, un gran porcentaje de fallas es causado por el factor "humano", cuantas más personas en la cadena de operaciones, mayor es la probabilidad de errores, daños al equipo tecnológico y como resultado del matrimonio, producción simple, incumplimiento de los plazos de entrega, multas, etc.

Además de los "errores" en la producción de alimentos, una persona, como parte de la cadena de producción, afecta enormemente el factor de bioseguridad de los productos. Y en circunstancias desfavorables y violación de la tecnología, el "biofactor" puede conducir a la pérdida de lotes enteros de productos ya enviados. Es decir La exclusión de una persona del contacto directo con las materias primas y sus componentes afecta directamente la calidad final del producto, lo que a su vez conduce a una reducción de las pérdidas.

Pero una simple modernización de la producción con la instalación de robots, transportadores, almacenes automatizados, el despliegue de sistemas automatizados de contabilidad y control no resuelve toda la gama de problemas debido a las siguientes restricciones.

No existe una solución llave en mano para la automatización completa de la producción. Existen líneas automatizadas de "piezas" de producción que funcionan dentro de sus tareas tecnológicas y logísticas. Gestionado por sistemas locales e interactuando entre sí a través de un búfer de producción acumulativo. A menudo, estas pueden ser líneas automatizadas de diferentes fabricantes que no tienen un solo protocolo de interacción. Para unir estos elementos de la cadena tecnológica, se crea una única plataforma de información (SIP), que requiere un medio de transmisión física e interacción con todos los componentes de la producción automatizada.

Son las características del diseño y la construcción de dicho medio de transmisión física las que se verán afectadas en este artículo.

Una gran cantidad de literatura técnica, presentada en las vastas extensiones de Internet, nos cuenta acerca de algoritmos aparentemente bien establecidos y sin duda correctos (planes de acción, métodos, llámenlo como quieran :)) para construir esta o aquella infraestructura de red. Sin embargo, en la práctica, cualquier metodología debe ajustarse cuidadosamente a los requisitos, condiciones y circunstancias específicas del trabajo de cada proyecto específico. En este artículo, queremos hablar sobre cómo puede lograr el éxito adaptando el conocimiento teórico a condiciones específicas y creando un sistema que cumpla plenamente con los requisitos establecidos por el cliente.

Se centrará en la construcción de la infraestructura de red de la primera planta de producción robótica de salchichas de Rusia. Inmediatamente, notamos que esta publicación no se completará con muchos cálculos teóricos que condujeron a las únicas soluciones correctas; veremos el proceso de diseño desde el lado práctico.

Las tareas más interesantes y complejas que necesitábamos resolver:

• Proporcionar red Wi-Fi para las oficinas de la planta. En el marco de este proyecto, el cliente abandonó los puertos LAN en los lugares de trabajo; los empleados deben ser móviles.
• Proporcione una red inalámbrica WI-FI para las instalaciones industriales de la planta para la operación de equipos tecnológicos, incluidos robots lanzadera que transportan productos entre secciones de líneas automatizadas.
• Proporcionar una red cableada para controladores industriales de varios sistemas automatizados locales y otras áreas tecnológicas de producción.

Shuttle robot transporta un marco con productos

Preparación de diseño

Configuración de cliente inalámbrico

Al comienzo del diseño de una red inalámbrica, nos centramos en el hecho de que una red inalámbrica está construida no solo para la "operación de dispositivos", sino también para la transferencia de datos de aplicaciones y servicios específicos. Es por eso que es necesario tener en cuenta las capacidades de las interfaces inalámbricas y las características del equipo del cliente (potencia del transmisor, rangos de frecuencia admitidos, canales, etc.) para proporcionar los requisitos mínimos necesarios para las aplicaciones del cliente con respecto al ancho de banda y los retrasos de la red.

En el marco de este proyecto, dividimos a los principales consumidores de la red inalámbrica en 3 grupos:

• Terminales de recogida de datos
• Shuttle robots
• Portátiles de oficina

Los requisitos aproximados para el ancho de banda mínimo requerido y la latencia de los terminales de recopilación de datos y las computadoras portátiles de los trabajadores de oficina se han calculado y conocido desde hace mucho tiempo. Pero con robots misteriosos fue un poco más complicado. Se recibió una respuesta seca a solicitud del fabricante de requisitos para una red de datos inalámbrica: 500kbit / s, <300ms de retraso.


Carga de robots lanzadera

Descubrimos que todos los hosts tienen una característica maravillosa: ¡admiten la operación en la banda de 5 GHz! Por acuerdo con el cliente, decidimos que diseñaríamos la red teniendo en cuenta el uso de solo este rango, lo que hizo nuestra vida mucho más fácil.

Es necesario diseñar una red inalámbrica, en primer lugar, a partir de los requisitos de las aplicaciones del cliente y las capacidades de la interfaz inalámbrica del cliente. De lo contrario, al final, se obtendrá una solución altamente redundante o una solución que no satisfaga los requisitos de la WLAN.

Los planos y dibujos son la clave para un diseño saludable.

El proceso de diseño de una red Wi-Fi continuó con un estudio detallado tanto de los planes como de la instalación en sí. Muy a menudo, al comienzo del diseño, un ingeniero se enfrenta a una situación en la que no hay preparación para la construcción en la instalación, y esto no es solo la ausencia de falsos techos y particiones de paneles de yeso, sino la ausencia parcial o total de paredes, techos o parte de las estructuras de soporte.




El estado del objeto al inicio del diseño.

Por lo tanto, para un trabajo exitoso es necesario, por todos los medios, obtener del cliente planos arquitectónicos, bocetos de la disposición de los equipos, datos sobre los servicios públicos. Además de los planes, es necesaria una estrecha interacción con los tecnólogos del Cliente para comprender los procesos tecnológicos, a fin de no perder detalles importantes. A menudo, los clientes ignoran las solicitudes de datos detallados, pero en nuestro caso, se proporcionó la información más completa del cliente.


Un ejemplo de un plano de planta "malo"


Un ejemplo de un "buen" plano de planta

Los planes "correctos" proporcionan información sobre la colocación de barreras, estructuras, equipos, tipo de materiales de construcción. Todo esto nos permite evaluar los factores que afectan la propagación de la señal de radio. Para proyectos grandes, la presencia de dichos datos iniciales le permite optimizar la solución técnica y tener en cuenta la influencia del entorno físico en la ubicación de los puntos de acceso, su número, tipo de antenas instaladas.

Como ejemplo, que refleja la necesidad de un enfoque integrado para el estudio de las instalaciones: la historia asociada con esta maravillosa galería de visualización de tecnología.



En uno de los lugares, el punto de acceso se encuentra a una distancia de 3-4 metros de la galería, se puede ver a través del vidrio. A primera vista, el vidrio y el vidrio tienen un coeficiente de absorción relativamente pequeño y el nivel de señal en la habitación debe ser aceptable. Sin embargo, con un análisis más detallado, resultó que se instaló una ventana de vidrieras contra incendios: un marco de aluminio reforzado y vidrio de prevención de incendios a prueba de inundaciones. En la práctica, a través de este diseño en un teléfono móvil, no hay señal del punto de acceso, una computadora portátil con un receptor más sensible muestra una señal al nivel de -80Dbm

Al comienzo de la fase de diseño de un objeto en construcción, es extremadamente importante tener una representación visual completa de todas las habitaciones, teniendo en cuenta la instalación de todos los equipos tecnológicos (por cierto, puede ubicarse de la manera más inesperada: en el piso, en el techo y mucho más).

Una fábrica no es una oficina para ti ...

Una de las principales diferencias entre las instalaciones de producción y las oficinas en términos de diseño de una red inalámbrica son las condiciones de funcionamiento de los puntos de acceso y otros equipos de red. Por supuesto, las instalaciones de servidores y telecomunicaciones se preparan teniendo en cuenta los requisitos y las condiciones de funcionamiento del equipo. Pero las instalaciones de producción, incluso dentro de la misma fábrica, tienen parámetros ambientales completamente diferentes y debe tener mucho cuidado al instalar equipos de red en ellos.

En nuestro caso, la temperatura estuvo bien, no fue más allá del rango de -5 +30, sin embargo, todas las salas tecnológicas se limpian con sistemas de alta presión.



En este sentido, no importa qué puntos de acceso y antenas se seleccionaron para trabajar en salas tecnológicas, se decidió instalarlos en una caja sellada radio-transparente.

Un lector atento prestará atención de inmediato: ¿por qué necesita hacer un "kit" de este tipo desde un punto de acceso y una caja hermética cuando puede usar puntos de acceso con un nivel de protección de IP67? Por supuesto, no olvidamos que cada fabricante tiene tal, pero elegimos la opción usando una caja hermética, porque:

• En el momento del diseño, todos los puntos de acceso seguros de Cisco (se planificó el uso de equipos de este fabricante en particular) requerían permisos de importación adicionales, excepto el modelo IW3700 (su costo era mucho más alto de lo presupuestado). El registro de permisos y el tiempo de entrega de los puntos de acceso "seguros" no se ajustaban a los plazos ajustados del proyecto;
• ahorro de presupuesto: un kit que consta de un punto de acceso 2702E y un germobox salió más barato.

En las instalaciones de producción, debe considerar cuidadosamente las condiciones de operación de los puntos de acceso, teniendo en cuenta características completamente diferentes de las instalaciones (humedad, temperatura, polvo, etc.). Puede resolver el problema de seguridad no solo siguiendo ciegamente las recomendaciones del fabricante: use puntos de acceso seguros. Esta opción no siempre es posible y racional en el marco de la implementación de un proyecto.

En la batalla entre un ingeniero de telecomunicaciones y un tecnólogo de producción, este último siempre tiene la razón.

Los lugares accesibles para instalar puntos de acceso son otro punto crucial que debe definirse claramente al comienzo del diseño. En las instalaciones tecnológicas complejas, además de los equipos instalados, todavía hay muchas comunicaciones: electricidad, agua, conductos de aire. Muchos de ellos afectan negativamente la propagación de la señal inalámbrica.
En nuestro caso, a todo lo anterior, también se agregaron robots lanzadera, que transportaron productos desde los sitios de preparación a las cámaras de secado y fermentación. Este no es un objeto instalado estáticamente, sino un equipo tecnológico móvil. Era muy importante entender: ¿a dónde van? ¿Cuál es la altura máxima de la lanzadera con el marco? ¿A qué distancia están las rutas de transporte de las paredes? Una comprensión común de todo el proceso de su trabajo fue muy útil y sería bueno ver esta acción en vivo. Pero aquí está la mala suerte: no había tales plantas en Rusia en ese momento. Los espacios abiertos de Internet y el alojamiento de videos más popular del planeta nos ayudarían: era posible construir ideas sobre robots y comprender dónde colocar nuestros puntos de acceso.

A menudo, en tales instalaciones, la ubicación de los puntos de acceso es limitada. Está lejos de ser siempre posible establecer un punto de acceso en un lugar óptimo para la propagación de la señal. Además, era necesario satisfacer los requisitos del cliente para la tolerancia a fallas en caso de falla de uno de los puntos de acceso.

Si no comprende en detalle la configuración de las instalaciones y el proceso tecnológico, puede tener problemas en la forma de transferir uno o varios puntos de acceso. Y esto no es fácil de eliminar y superar: estas son nuevas aperturas tecnológicas, problemas para eliminar las consecuencias de las viejas aberturas (en la industria alimentaria se centran especialmente en problemas de corrosión, formación de óxido, ingreso de flora externa), transferencia del punto SCS. No hay razón para que el Wi-Fi funcione aquí y un punto de acceso instalado en diálogo con los tecnólogos de producción no funcionará si realmente interfiere con la instalación de instalaciones y conjuntos de producción.

Pero, ¿y si algo falla ...?

Otra condición importante al diseñar una WLAN en este objeto no simple es la tolerancia a fallas. Cualquier falla, en ausencia de redundancia, puede conducir a interrupciones en el proceso de producción, lo cual no está permitido. La necesidad de tolerancia a fallas fue exacerbada por la operación de robots lanzadera. En una red Wi-Fi, reciben tareas y también envían datos paramétricos al sistema de control automático, por ejemplo: el peso del marco movido, la ubicación, el nivel de la batería.

El entorno de radio se diseñó de tal manera que en caso de falla de uno de los puntos de acceso, los adyacentes proporcionaron al área de cobertura del punto fallado un nivel de señal en el receptor de al menos -75DBm.
Esta decisión de diseño impuso algunas limitaciones y dificultades:

• en primer lugar, era necesario abandonar las antenas direccionales (se requeriría un número mucho mayor de puntos de acceso, además, el precio de la antena es mucho más alto que el omni estándar);
• en segundo lugar, para soportar la imposición de frecuencias desde diferentes puntos en algunas áreas.

En cuanto a la segunda limitación: aquí hemos probado una vez más en la práctica todos los placeres del diseño de un entorno Wi-Fi en la banda de 5 GHz. Dado que las ondas de radio de este rango se extienden a una distancia más corta que 2.4 GHz, y hay más canales que no se superponen, esto evita fuertes interferencias e interferencias.

Fuimos más allá y reservamos la WLAN de tal manera que, en caso de falla de un nodo de telecomunicaciones, la red continuó funcionando normalmente: los puntos de acceso adyacentes estaban conectados a diferentes nodos de telecomunicaciones. Dentro de un nodo de telecomunicaciones, los puntos de acceso se distribuyeron en diferentes conmutadores. Y, por supuesto, todos los demás elementos de la red (enrutadores, conmutadores de kernel, controladores WLAN) también estaban reservados.

La fuente de alimentación para los puntos de acceso inalámbrico está hecha de interruptores de nivel de acceso equipados con dos fuentes de alimentación independientes.

Cada unidad de suministro de energía de los interruptores está conectada a una unidad de distribución de energía separada que recibe energía eléctrica a través de una línea de cable independiente desde una placa de distribución separada del sistema de suministro de energía ininterrumpible. Está hecho con redundancia mutua de componentes y utiliza fuentes de alimentación ininterrumpida de tipo modular. SBE recibe energía eléctrica de dos subestaciones transformadoras independientes de la planta.

Planificación de radio

La primera etapa de la planificación del entorno de radio, una encuesta de radio predictiva, se realizó utilizando el software Ekahau Site Survey Pro. Debe decirse aquí que el éxito de una encuesta de radio predictiva depende en gran medida de la exactitud de los parámetros de obstáculo seleccionados (paredes, objetos volumétricos, como bastidores, estantes, etc.), así como de la corrección de la representación de las habitaciones. Muchos objetos tienen una arquitectura compleja y, por lo tanto, la fiabilidad de los datos obtenidos en dicho cálculo es muy dudosa.

En la práctica, debido a la complejidad de los diseños de la empresa industrial y los diversos materiales utilizados en la construcción (por ejemplo, las cámaras de secado están hechas de paneles sándwich de metal), solo se puede confiar parcialmente en el método del programa para planificar el entorno Wi-Fi: desarrollar, por así decirlo, una "estrategia ”Ubicación de los puntos de acceso, determine su número aproximado. Estos datos son suficientes para comenzar el diseño de sistemas de ingeniería.
Pero tan pronto como la preparación para la construcción de al menos parte del objeto nos permitió realizar una encuesta de radio en el lugar (encuesta previa al despliegue, o como también se le llama, AP-on-a-stick), nos trasladamos al objeto. No había tiempo para esperar la disponibilidad completa de la instalación; era hora de determinar la composición final del equipo y ordenarlo. Nadie ha cancelado los términos del proyecto.





Habiendo realizado mediciones en varios lugares típicos, se llegó a comprender cómo colocar los puntos de acceso en toda la instalación. Por cierto, el número de puntos de acceso ha disminuido en comparación con el planificado originalmente en un 15-20%.

Puede confiar en el modelado de radio por software solo si tiene experiencia en el diseño de Wi-Fi en entornos similares y con requisitos de red similares. La realización de una encuesta previa a la implementación del sitio garantizará que los cálculos preliminares sean correctos y, si es necesario, los corregirá.

¡Es hora del objeto!

Después de recibir el equipo tan esperado, sin perder un día, enviamos puntos de acceso a los instaladores, para montar una gran cantidad de puntos de acceso en un sitio de construcción, donde además de usted hay muchos contratistas diferentes difíciles. Esa sala está cerrada, luego estaba instalando otro equipo y al mismo tiempo no funcionaba.

Al mismo tiempo, se llevó a cabo la configuración e instalación de conmutadores de red, enrutadores, controladores WLAN. Algunos lugares de instalación de equipos de telecomunicaciones no tenían preparación para la construcción; por otro lado, los especialistas en equipos de proceso ya necesitaban una red para las pruebas.

Hemos instalado 14 gabinetes de telecomunicaciones en toda la instalación. Los puertos de los conmutadores proporcionaron el trabajo no solo de puntos de acceso, sino también de equipos tecnológicos.


Gabinete de telecomunicaciones montado

Un ejemplo de interacción tecnológica de diferentes sistemas automatizados.

Un ejemplo estándar simplificado, la interacción directa de diferentes sistemas automatizados a través de diferentes medios de transmisión física es cargar el marco con los productos en la cámara de secado y fermentación:

• En la etapa final de transporte del marco del producto, el robot lanzadera informa sobre su ubicación de una única plataforma de información (EIP) (a través del canal de radio WiFi).
• El UIP emite un comando al controlador de la cámara de secado (por cable) para abrir la cámara.
• Después de recibir la confirmación del controlador (por cable) de que la cámara está abierta, el EIP emite un comando al robot lanzadera (a través del canal de radio WiFi) para moverse dentro de la cámara.
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El diseño e implementación de LAN y WLAN, así como los sistemas de ingeniería tomaron 8 meses. Las pruebas de aceptación duraron 4 días. El programa de prueba consistió en varias verificaciones de tolerancia a fallas: desactivamos selectivamente los puntos de acceso, así como gabinetes de telecomunicaciones completos, verificamos el funcionamiento de la red inalámbrica y el roaming.
En el momento de la preparación completa de las redes de área local inalámbricas y cableadas, se estaba trabajando paralelamente en la puesta en marcha de equipos industriales y los hosts de Wi-Fi más exigentes: robots de transporte.

Podemos decir con confianza que la falta de quejas de los fabricantes sobre la operatividad de la infraestructura de red confirma el éxito de nuestro trabajo.

Presupuesto del cliente.
Vladislav Belyaev Director de TI Cherkizovo Group

... La automatización completa eliminó el factor humano ... Esto, por un lado, eliminó los errores humanos que solían ocurrir constantemente, porque operaciones y personas eran muchas. El segundo factor es la bioseguridad: cuantas menos personas entren en contacto con las materias primas, con el producto semiacabado, mejor será el producto y más durará. A su vez, una cadena de proceso integrada común permitió obtener rápidamente toda la información objetiva de todas las etapas. La empresa en tiempo real siempre puede ver lo que sucede con la planta: desde el trabajo de las máquinas hasta el nivel macro ...