Caractéristiques de la construction d'un réseau Wi-Fi dans une production alimentaire innovante

Présentation

Le niveau moderne de développement des technologies de production, l'automatisation des processus, la gestion de l'information et les services comptables d'une part, un niveau élevé de concurrence interne et externe, le durcissement des exigences de qualité des produits, l'optimisation des coûts, la lutte pour le consommateur final, d'autre part, posent un large éventail de problèmes pour les fabricants sur une modernisation complexe. la production. Avec cette modernisation, non seulement la technologie, les services, les aspects techniques, l'environnement de l'information change, mais aussi la psychologie de l'ensemble du processus (production). Ainsi, le fabricant essaie d'optimiser l'ensemble du processus, en éliminant les éventuels «points de défaillance» à différentes étapes. Comme vous le savez, un grand pourcentage d'échecs est causé par le facteur «humain», plus il y a de personnes dans la chaîne d'opérations, plus la probabilité d'erreurs, de dommages à l'équipement technologique est élevée et à cause du mariage, de la production simple, du non-respect des délais de livraison, des amendes, etc.

Outre les «erreurs» de production alimentaire, une personne, dans le cadre de la chaîne de production, affecte considérablement le facteur de biosécurité des produits. Et dans des circonstances défavorables et une violation de la technologie, le «biofacteur» peut entraîner la perte de lots entiers de produits déjà expédiés. C'est-à-dire l'exclusion d'une personne du contact direct avec les matières premières et ses composants affecte directement la qualité finale du produit, ce qui entraîne à son tour une réduction des pertes.

Mais une simple modernisation de la production avec l'installation de robots, de convoyeurs, d'entrepôts automatisés, le déploiement de systèmes de comptabilité et de contrôle automatisés ne résout pas toute la gamme des problèmes en raison des restrictions suivantes.

Il n'y a pas de solution clé en main pour une automatisation complète de la production. Il existe des lignes automatisées de «pièces» de production qui travaillent à l'intérieur de leurs tâches technologiques et logistiques. Géré par des systèmes locaux et interagissant les uns avec les autres grâce à un tampon de production cumulatif. Souvent, il peut s'agir de lignes automatisées de différents fabricants qui n'ont pas de protocole d'interaction unique. Pour unir ces éléments de la chaîne technologique, une plate-forme d'information unique (SIP) est créée, ce qui nécessite un support de transmission physique et une interaction avec tous les composants de la production automatisée.

Ce sont les caractéristiques de la conception et de la construction d'un tel support de transmission physique qui seront affectées dans cet article.

Une grande partie de la littérature technique, présentée dans les vastes étendues d'Internet, nous parle d'algorithmes apparemment bien établis et sans aucun doute corrects (plans d'action, techniques - appelez-les comme vous voulez :)) pour construire telle ou telle infrastructure réseau. Cependant, dans la pratique, toute méthodologie doit être soigneusement ajustée aux exigences, conditions et circonstances spécifiques du travail de chaque projet spécifique. Dans cet article, nous voulons parler de la façon dont vous pouvez réussir en adaptant les connaissances théoriques à des conditions spécifiques et créer un système qui répond pleinement aux exigences énoncées par le client.

Il se concentrera sur la construction de l'infrastructure réseau de la première usine de production de saucisses robotisée de Russie. Immédiatement, nous notons que cette publication ne sera pas remplie de nombreux calculs théoriques qui ont conduit aux seules solutions correctes; nous examinerons le processus de conception du côté pratique.

Les tâches les plus intéressantes et complexes que nous devions résoudre:

• Fournir un réseau Wi-Fi pour les bureaux de l'usine. Dans le cadre de ce projet, le client a abandonné les ports LAN sur les lieux de travail - les employés doivent être mobiles.
• Fournir un réseau WI-FI sans fil pour les locaux industriels de l'usine pour le fonctionnement des équipements technologiques, y compris des robots navettes qui transportent les produits entre les sections de lignes automatisées.
• Fournir un réseau câblé pour les contrôleurs industriels de divers systèmes automatisés locaux et d'autres domaines technologiques de production.

Le robot navette transporte un cadre avec des produits

Préparation de la conception

Paramètres du client sans fil

Au tout début de la conception d'un réseau sans fil, nous nous sommes concentrés sur le fait qu'un réseau sans fil est construit non seulement pour le «fonctionnement des appareils», mais pour le transfert de données à partir d'applications, de services spécifiques. C'est pourquoi il est nécessaire de prendre en compte les capacités des interfaces sans fil et les caractéristiques de l'équipement client (puissance de l'émetteur, gammes de fréquences prises en charge, canaux, etc.) afin de fournir les exigences minimales nécessaires pour les applications client pour la bande passante et les retards du réseau.

Dans le cadre de ce projet, nous avons divisé les principaux consommateurs du réseau sans fil en 3 groupes:

• Terminaux de collecte de données
• Robots navettes
• Portables de bureau

Les exigences approximatives concernant la bande passante minimale requise et la latence des terminaux de collecte de données et des ordinateurs portables des employés de bureau sont depuis longtemps calculées et connues. Mais avec des robots mystérieux, c'était un peu plus compliqué. Une réponse sèche a été reçue à la demande du fabricant concernant les exigences relatives à un réseau de données sans fil: 500 kbit / s, <300 ms de retard.


Robots navettes de charge

Nous avons découvert que tous les hôtes ont une fonctionnalité merveilleuse - ils prennent en charge le fonctionnement dans la bande 5 GHz! En accord avec le client, nous avons décidé de concevoir le réseau en tenant compte de l'utilisation de cette seule gamme, ce qui nous a beaucoup facilité la vie.

Il est nécessaire de concevoir un réseau sans fil, tout d’abord, à partir des exigences des applications client et des capacités de l’interface sans fil du client. Sinon, au final, soit une solution hautement redondante sera obtenue, soit une solution qui ne satisfera pas aux exigences du WLAN.

Les plans et les dessins sont la clé d'une conception saine

Le processus de conception d'un réseau Wi-Fi s'est poursuivi par une étude détaillée des plans et de l'installation elle-même. Très souvent, au moment du début de la conception, l'ingénieur est confronté à une situation où le bâtiment n'est pas prêt pour la construction, et ce n'est pas seulement l'absence de faux plafonds et de cloisons sèches, mais l'absence partielle ou complète de murs, plafonds et parties des structures de support.




L'état de l'objet au début de la conception

Par conséquent, pour un travail réussi, il est nécessaire par tous les moyens d'obtenir du client des plans architecturaux, des croquis de la disposition des équipements, des données sur les services publics. En plus des plans, une interaction étroite avec les technologues du Client est nécessaire pour comprendre les processus technologiques, afin de ne pas manquer des détails importants. Souvent, les clients ignorent les demandes de données détaillées, mais dans notre cas, les informations les plus complètes du client ont été fournies.


Un exemple de «mauvais» plan d'étage


Un exemple d'un «bon» plan d'étage

Les plans «corrects» fournissent des informations sur l'emplacement des barrières, des structures, de l'équipement, du type de matériaux de construction. Tout cela nous permet d'évaluer les facteurs affectant la propagation du signal radio. Pour les grands projets, la présence de telles données initiales vous permet d'optimiser la solution technique et de prendre en compte l'influence de l'environnement physique sur l'emplacement des points d'accès, leur nombre, le type d'antennes installées.

À titre d'exemple, qui reflète la nécessité d'une approche intégrée de l'étude des locaux - l'histoire associée à cette merveilleuse galerie de visualisation de la technologie.



Dans l'un des endroits, le point d'accès est situé à une distance de 3-4 mètres de la galerie, il peut être vu à travers la vitre. À première vue, le verre et le verre ont un coefficient d'absorption relativement faible et le niveau du signal dans la pièce devrait être acceptable. Cependant, avec une analyse plus détaillée, il s'est avéré qu'un vitrail d'incendie a été installé: un cadre en aluminium renforcé renforcé et un verre coupe-feu résistant aux inondations. En pratique, grâce à cette conception sur un téléphone mobile, il n'y a aucun signal du point d'accès, un ordinateur portable avec un récepteur plus sensible affiche un signal au niveau de -80Dbm

Au début de la phase de conception d'un objet en construction, il est extrêmement important d'avoir une représentation visuelle complète de toutes les pièces, en tenant compte de l'installation de tous les équipements technologiques (en passant, il peut être situé de la manière la plus inattendue: au sol, au plafond, et bien plus).

Une usine n'est pas un bureau pour vous ...

L'une des principales différences entre les locaux de production et les bureaux en termes de conception d'un réseau sans fil réside dans les conditions de fonctionnement des points d'accès et des autres équipements du réseau. Bien entendu, les installations de serveurs et de télécommunications sont préparées en tenant compte des exigences et des conditions de fonctionnement de l'équipement. Mais les installations de production, même au sein d'une même usine, ont des paramètres environnementaux complètement différents et vous devez être extrêmement prudent lorsque vous y installez des équipements réseau.

Dans notre cas, la température était correcte, elle n'a pas dépassé la plage de -5 +30, cependant, toutes les salles technologiques sont nettoyées avec des systèmes à haute pression.



À cet égard, quels que soient les points d'accès et les antennes retenus pour les travaux dans les salles technologiques, il a été décidé de les installer dans un boîtier radio-transparent scellé.

Un lecteur attentif fera immédiatement attention: pourquoi avez-vous besoin de faire un tel «kit» à partir d'un point d'accès et d'une boîte hermétique quand vous pouvez utiliser des points d'accès avec un niveau de protection IP67? Bien sûr, nous n'avons pas oublié que chaque fabricant en a, mais nous avons choisi l'option utilisant une boîte hermétique, car:

• au moment de la conception, tous les points d'accès sécurisés Cisco (l'équipement de ce fabricant particulier était prévu pour être utilisé) nécessitaient des permis d'importation supplémentaires, à l'exception du modèle IW3700 (son coût était beaucoup plus élevé que prévu). L'enregistrement des permis et le délai de livraison des points d'accès «sécurisés» ne cadraient pas avec les délais serrés du projet;
• économies budgétaires: un kit composé d'un point d'accès 2702E et d'une germobox est sorti moins cher.

Sur le site de production, vous devez considérer attentivement les conditions de fonctionnement des points d'accès, en tenant compte des caractéristiques complètement différentes des locaux (humidité, température, poussière, etc.). Vous pouvez résoudre le problème de sécurité non seulement aveuglément en suivant les recommandations du fabricant - utilisez des points d'accès sécurisés. Cette option n'est pas toujours possible et rationnelle dans le cadre de la mise en œuvre d'un projet.

Dans la bataille entre un ingénieur en télécommunications et un technologue de production, ce dernier a toujours raison.

Les endroits accessibles pour l'installation de points d'accès sont un autre point crucial qui doit être clairement défini au début de la conception. Dans les installations technologiques complexes, en plus de l'équipement installé, il y a encore beaucoup de communications - électricité, eau, conduits d'air. Beaucoup d'entre eux affectent négativement la propagation du signal sans fil.
Dans notre cas, à tout ce qui précède, des robots navettes ont également été ajoutés, qui transportaient les produits des sites de préparation vers les chambres de séchage et de fermentation. Ce n'est pas un objet installé statiquement, mais un équipement technologique mobile. Il était très important de comprendre: où vont-ils? Quelle est la hauteur maximale de la navette avec le cadre? À quelle distance sont les voies de transport des murs? Une compréhension commune de l'ensemble du processus de leur travail a été très utile et il serait agréable de voir cette action en direct. Mais voici la malchance: il n'y avait pas de telles usines en Russie à l'époque. Les espaces ouverts d'Internet et l'hébergement vidéo le plus populaire de la planète devaient nous aider - il était possible de construire des idées sur les robots et de comprendre où placer nos points d'accès.

Souvent, dans ces installations, l'emplacement des points d'accès est limité. Il est loin d'être toujours possible d'établir un point d'accès à un endroit optimal pour la propagation du signal. De plus, il était nécessaire de satisfaire l'exigence de tolérance aux pannes du client en cas de panne d'un des points d'accès.

Si vous ne comprenez pas en détail la configuration des locaux et le processus technologique, vous pouvez rencontrer des problèmes sous forme de transfert d'un ou plusieurs points d'accès. Et ce n'est pas facile à enlever et à l'emporter: ce sont de nouvelles ouvertures technologiques, des problèmes d'élimination des conséquences des anciennes ouvertures (dans l'industrie alimentaire elles sont surtout focalisées sur des problèmes de corrosion, de formation de rouille, de pénétration de flore externe), de transfert du point SCS. Aucune raison pour laquelle le Wi-Fi devrait fonctionner ici et un point d'accès installé en dialogue avec les technologues de production ne fonctionnera pas s'il interfère vraiment avec l'installation des installations de production et des assemblages.

Et si quelque chose échoue ...!?

Une autre condition importante lors de la conception d'un WLAN sur cet objet pas simple est la tolérance aux pannes. Toute défaillance, en l'absence de redondance, peut entraîner des interruptions du processus de production, ce qui n'est pas autorisé. Le besoin de tolérance aux pannes a été exacerbé par le fonctionnement des robots navettes. Sur un réseau Wi-Fi, ils reçoivent des tâches et envoient également des données paramétriques au système de contrôle automatique, par exemple - le poids du cadre déplacé, l'emplacement, le niveau de la batterie.

L'environnement radio a été conçu de telle sorte qu'en cas de défaillance d'un des points d'accès, les points adjacents fournissent à la zone de couverture du point défaillant un niveau de signal au niveau du récepteur d'au moins -75 dBm.
Cette décision de conception a imposé certaines limites et difficultés:

• premièrement, il a fallu abandonner les antennes directionnelles (un nombre beaucoup plus important de points d'accès serait nécessaire, de plus, le prix de l'antenne est beaucoup plus élevé que l'omni standard);
• deuxièmement, supporter l'imposition de fréquences de différents points dans certaines zones.

Quant à la deuxième limitation: nous avons ici une fois de plus testé en pratique tous les plaisirs de la conception d'un environnement Wi-Fi dans la bande des 5 GHz. Étant donné que les ondes radio de cette gamme s'étendent sur une distance plus courte que 2,4 GHz et qu'il existe davantage de canaux qui ne se chevauchent pas, cela évite les fortes interférences et les interférences.

Nous sommes allés plus loin et avons réservé le WLAN de telle manière qu'en cas de défaillance d'un nœud de télécommunications, le réseau continue de fonctionner normalement - des points d'accès adjacents sont connectés à différents nœuds de télécommunications. Au sein d'un nœud de télécommunications, les points d'accès étaient répartis dans différents commutateurs. Et bien sûr, tous les autres éléments du réseau (routeurs, commutateurs du noyau, contrôleurs WLAN) étaient également réservés.

L'alimentation des points d'accès sans fil est constituée de commutateurs de niveau d'accès équipés de deux alimentations indépendantes.

Chaque unité d'alimentation électrique des commutateurs est connectée à une unité de distribution électrique distincte qui reçoit l'énergie électrique via une ligne de câble indépendante à partir d'un tableau de distribution séparé du système d'alimentation électrique sans coupure. Il est réalisé avec une redondance mutuelle des composants et utilise des alimentations sans coupure de type modulaire. SBE reçoit l'énergie électrique de deux postes de transformation indépendants de la centrale.

Planification radio

La première étape de la planification de l'environnement radio - une enquête radio prédictive, a été réalisée à l'aide du logiciel Ekahau Site Survey Pro. Il faut dire ici que le succès d'un levé radiophonique prédictif dépend en grande partie de la justesse des paramètres d'obstacles sélectionnés (murs, objets volumétriques, tels que rayonnages, étagères, etc.), ainsi que de la justesse du rendu des locaux. De nombreux objets ont une architecture complexe et la fiabilité des données obtenues dans un tel calcul est donc fortement mise en doute.

En pratique, en raison de la complexité des conceptions de l'entreprise industrielle et des différents matériaux utilisés dans la construction (par exemple, les chambres de séchage sont constituées de panneaux sandwich métalliques), on ne pouvait que partiellement s'appuyer sur la méthode du programme pour planifier l'environnement Wi-Fi: développer, pour ainsi dire, une `` stratégie ”Emplacement des points d'accès, déterminez leur nombre approximatif. Ces données sont suffisantes pour démarrer la conception de systèmes d'ingénierie.
Mais dès que l'état de préparation de la construction d'au moins une partie de l'objet nous a permis d'effectuer une enquête radio sur place (enquête de pré-déploiement, ou comme on l'appelle également, AP-on-a-stick), nous sommes passés à l'objet. Il n'y avait pas de temps pour attendre la disponibilité complète de l'installation, il était temps de déterminer la composition finale de l'équipement et de le commander. Personne n'a annulé les termes du projet.





Après avoir pris des mesures dans plusieurs endroits typiques, une compréhension est venue de la façon de placer les points d'accès dans toute l'installation. Soit dit en passant, le nombre de points d'accès a diminué de 15 à 20% par rapport à celui initialement prévu.

Vous ne pouvez faire confiance à la modélisation de radio logicielle que si vous avez de l'expérience dans la conception de Wi-Fi dans des environnements similaires et avec des exigences de réseau similaires. La réalisation d'une étude de site avant le déploiement garantira que les calculs préliminaires sont corrects et, si nécessaire, les corrigent.

Il est temps pour l'objet!

Après avoir reçu l'équipement tant attendu, sans perdre une journée, nous avons envoyé des points d'accès aux installateurs, pour installer un grand nombre de points d'accès sur un chantier de construction, où en plus de vous il y a beaucoup de différents entrepreneurs difficiles. Cette salle est fermée, puis elle installait d'autres équipements et en même temps cela ne fonctionnait pas.

Dans le même temps, la configuration et l'installation des commutateurs réseau, des routeurs et des contrôleurs WLAN ont été effectuées. Certains lieux d'installation de matériel de télécommunication n'étaient pas prêts à la construction; en revanche, les spécialistes des équipements de process avaient déjà besoin d'un réseau pour les tests.

Nous avons installé 14 armoires de télécommunications dans toute l'installation. Les ports des commutateurs ont fourni le travail non seulement des points d'accès, mais aussi des équipements technologiques.


Armoire de télécommunications montée

Un exemple d'interaction technologique de différents systèmes automatisés

Un exemple standard simplifié, l'interaction directe de différents systèmes automatisés par différents moyens physiques de transmission est le chargement du cadre avec les produits dans la chambre de séchage et de fermentation:

• Au stade final du transport de la trame produit, le robot navette informe de sa localisation d'une plateforme unique d'information (EIP) (via le canal radio WiFi).
• L'EIP envoie une commande au contrôleur de la chambre de séchage (par fil) pour ouvrir la chambre.
• Après avoir reçu la confirmation du contrôleur (par fil) que la caméra est ouverte, l'EIP envoie une commande au robot navette (via le canal radio WiFi) pour se déplacer à l'intérieur de la caméra.
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La conception et la mise en œuvre du LAN et du WLAN, ainsi que des systèmes d'ingénierie ont pris 8 mois. Les tests d'acceptation ont duré 4 jours. Le programme de test comprenait divers contrôles de tolérance aux pannes - nous avons sélectivement désactivé les points d'accès, ainsi que des armoires de télécommunications entières, vérifié le fonctionnement du réseau sans fil et l'itinérance.
Au moment où les réseaux locaux sans fil et câblés étaient pleinement prêts, des travaux parallèles étaient en cours sur la mise en service des équipements industriels et des hôtes Wi-Fi les plus exigeants - les robots navettes.

Nous pouvons affirmer avec confiance que l'absence de plaintes des constructeurs sur l'opérabilité de l'infrastructure réseau confirme le succès de nos travaux.

Devis client.
Vladislav Belyaev Directeur informatique Groupe Cherkizovo

... L'automatisation complète a supprimé le facteur humain ... Cela, d'une part, a éliminé les erreurs humaines qui se produisaient constamment, car les opérations et les gens étaient nombreux. Le deuxième facteur est la biosécurité: moins il y a de personnes en contact avec les matières premières, avec le produit semi-fini, meilleur est le produit et plus il durera. À son tour, une chaîne de processus intégrée commune a permis d'obtenir rapidement toutes les informations objectives à toutes les étapes. L'entreprise en temps réel peut toujours voir ce qui se passe avec l'usine: du fonctionnement des machines au niveau macro ...