Características da construção de uma rede Wi-Fi na produção inovadora de alimentos

1. Introdução

O nível atual de desenvolvimento da tecnologia de produção, automação de processos, gerenciamento de informações e serviços de contabilidade, por um lado, um alto nível de concorrência interna e externa, requisitos mais rigorosos para a qualidade do produto, otimização de custos, a luta pelo consumidor final, por outro, coloca uma ampla gama de questões para os fabricantes sobre modernização complexa produção. Com essa modernização, não apenas tecnologia, serviços, aspectos técnicos, o ambiente da informação muda, mas também a psicologia de todo o processo (produção). Assim, o fabricante está tentando otimizar todo o processo, eliminando os possíveis "pontos de falha" em diferentes estágios. Como você sabe, uma grande porcentagem de falhas é causada pelo fator "humano", quanto mais pessoas na cadeia de operações, maior a probabilidade de erros, danos ao equipamento tecnológico e, como resultado do casamento, produção simples, falha no cumprimento dos prazos de entrega, multas e assim por diante.

Além dos “erros” na produção de alimentos, uma pessoa, como parte da cadeia produtiva, afeta muito o fator de biossegurança dos produtos. E sob circunstâncias desfavoráveis ​​e violação da tecnologia, o "biofator" pode levar à perda de lotes inteiros de produtos já enviados. I.e. a exclusão de uma pessoa do contato direto com matérias-primas e seus componentes afeta diretamente a qualidade final do produto, o que, por sua vez, leva a uma redução nas perdas.

Mas uma simples modernização da produção com a instalação de robôs, transportadores, armazéns automatizados, a implantação de sistemas automatizados de contabilidade e controle não resolve toda a gama de problemas devido às restrições a seguir.

Não existe uma solução pronta para uso para automação completa da produção. Existem linhas automatizadas de "peças" de produção que funcionam dentro de suas tarefas tecnológicas e logísticas. Gerenciados por sistemas locais e interagindo entre si por meio de algum buffer de produção cumulativo. Geralmente, essas linhas podem ser automatizadas de diferentes fabricantes que não possuem um único protocolo de interação. Para unir essas partes da cadeia tecnológica, é criada uma única plataforma de informação (SIP), que requer um meio de transmissão físico e interação com todos os componentes da produção automatizada.

São os recursos do design e construção de um meio de transmissão físico que serão afetados neste artigo.

Muita literatura técnica, apresentada nas vastas extensões da Internet, nos fala sobre algoritmos aparentemente bem estabelecidos e sem dúvida corretos (planos de ação, métodos - chame como você gosta :)) para construir essa ou aquela infraestrutura de rede. No entanto, na prática, qualquer metodologia precisa ser cuidadosamente ajustada aos requisitos, condições e circunstâncias específicas do trabalho de cada projeto específico. Neste artigo, queremos falar sobre como você pode obter sucesso, adaptando o conhecimento teórico a condições específicas e criando um sistema que atenda totalmente aos requisitos estabelecidos pelo cliente.

Ele se concentrará na construção da infraestrutura de rede da primeira fábrica de produção de linguiça robótica da Rússia. Imediatamente, observamos que esta publicação não será preenchida com muitos cálculos teóricos que levaram às únicas soluções corretas; examinaremos o processo de design do lado prático.

As tarefas mais interessantes e complexas que precisávamos resolver:

• Forneça rede Wi-Fi para as instalações do escritório da planta. Dentro da estrutura deste projeto, o cliente abandonou as portas LAN nos locais de trabalho - os funcionários devem ser móveis.
• Forneça uma rede WI-FI sem fio para as instalações industriais da planta para a operação de equipamentos tecnológicos, incluindo robôs de transporte que transportam produtos entre seções de linhas automatizadas.
• Forneça uma rede com fio para controladores industriais de vários sistemas automatizados locais e outras áreas tecnológicas de produção.

Robô Shuttle transporta um quadro com produtos

Preparação do projeto

Configurações do cliente sem fio

No início do design de uma rede sem fio, focamos no fato de que uma rede sem fio é construída não apenas para a "operação de dispositivos", mas também para a transferência de dados de aplicativos e serviços específicos. É por isso que é necessário levar em consideração os recursos das interfaces sem fio e os recursos do equipamento do cliente (potência do transmissor, faixas de frequência suportadas, canais etc.), a fim de fornecer os requisitos mínimos necessários para aplicativos do cliente em relação à largura de banda e atrasos na rede.

No âmbito deste projeto, dividimos os principais consumidores da rede sem fio em 3 grupos:

• Terminais de coleta de dados
• Robôs de transporte
• Laptop de trabalhador de escritório

Os requisitos aproximados para a largura de banda mínima exigida e latência dos terminais de coleta de dados e laptops dos funcionários de escritório são calculados e conhecidos há muito tempo. Mas com robôs misteriosos era um pouco mais complicado. Uma resposta seca foi recebida mediante solicitação do fabricante para requisitos de uma rede de dados sem fio: 500kbit / s, atraso <300ms.


Robôs de transporte

Descobrimos que todos os hosts têm um recurso maravilhoso - eles suportam operação na banda de 5 GHz! Por acordo com o cliente, decidimos projetar a rede levando em consideração o uso apenas dessa faixa, o que facilitou muito a nossa vida.

É necessário projetar uma rede sem fio, em primeiro lugar, a partir dos requisitos dos aplicativos clientes e dos recursos da interface sem fio do cliente. Caso contrário, no final, será obtida uma solução altamente redundante ou uma solução que não atenderá aos requisitos da WLAN.

Planos e desenhos são a chave para um design saudável

O processo de criação de uma rede Wi-Fi continuou com um estudo detalhado dos planos e da própria instalação. Muitas vezes, no momento do início do projeto, o engenheiro se depara com uma situação em que o prédio não está pronto para a construção, e isso não é apenas a ausência de tetos falsos e partições de drywall, mas a ausência parcial ou completa de paredes, tetos e partes das estruturas de suporte.




O estado do objeto no início do design

Portanto, para um trabalho bem-sucedido, é necessário, por todos os meios, obter dos planos de arquitetura do cliente, esboços da disposição dos equipamentos, dados sobre utilidades. Além dos planos, é necessária uma estreita interação com os tecnólogos do Cliente para entender os processos tecnológicos, para não perder detalhes importantes. Freqüentemente, os clientes ignoram solicitações de dados detalhados, mas, no nosso caso, foram fornecidas as informações mais abrangentes do cliente.


Um exemplo de planta baixa "ruim"


Um exemplo de uma planta "boa"

Os planos “corretos” fornecem informações sobre a colocação de barreiras, estruturas, equipamentos e tipos de materiais de construção. Tudo isso nos permite avaliar os fatores que afetam a propagação do sinal de rádio. Para grandes projetos, a presença desses dados iniciais permite otimizar a solução técnica e levar em consideração a influência do ambiente físico na localização dos pontos de acesso, seu número e tipo de antenas instaladas.

Como exemplo, o que reflete a necessidade de uma abordagem integrada ao estudo de instalações - a história associada a esta maravilhosa galeria de visualização de tecnologia.



Em um dos locais em que o ponto de acesso está localizado a uma distância de 3-4 metros da galeria, ele pode ser visto através do vidro. À primeira vista - vidro e vidro, possui um coeficiente de absorção relativamente pequeno e o nível de sinal na sala deve ser aceitável. No entanto, com uma análise mais detalhada, descobriu-se que um vitral foi instalado: uma estrutura de alumínio reforçada e um vidro de prevenção de incêndio à prova de inundação. Na prática, através desse design em um telefone celular, não há sinal do ponto de acesso, um laptop com um receptor mais sensível mostra um sinal no nível de -80Dbm

No início da fase de projeto de um objeto em construção, é extremamente importante ter uma representação visual completa de todas as salas, levando em consideração a instalação de todos os equipamentos tecnológicos (a propósito, pode ser localizado da maneira mais inesperada: no chão, no teto e muito mais).

Uma fábrica não é um escritório para você ...

Uma das principais diferenças entre as instalações de produção e as instalações do escritório em termos de projeto de uma rede sem fio são as condições operacionais dos pontos de acesso e outros equipamentos de rede. Obviamente, as instalações de servidor e telecomunicações são preparadas levando em consideração os requisitos e as condições operacionais do equipamento. Porém, as instalações de produção, mesmo dentro da mesma fábrica, têm parâmetros ambientais completamente diferentes e você precisa ser extremamente cuidadoso ao instalar o equipamento de rede neles.

No nosso caso, a temperatura estava boa, não ultrapassou a faixa de -5 +30; no entanto, todas as salas tecnológicas são limpas com sistemas de alta pressão.



Nesse sentido, independentemente de quais pontos de acesso e antenas foram selecionados para trabalhar em salas tecnológicas, decidiu-se instalá-los em uma caixa selada radiotransparente.

Um leitor atento prestará atenção imediatamente: por que você precisa fazer esse "kit" a partir de um ponto de acesso e uma caixa hermética quando pode usar pontos de acesso com um nível de proteção IP67? Obviamente, não esquecemos que cada fabricante possui, mas escolhemos a opção usando uma caixa hermética, porque:

• no momento do design, todos os pontos de acesso seguro da Cisco (o equipamento desse fabricante em particular foi planejado para uso) exigiam permissões de importação adicionais, exceto o modelo IW3700 (seu custo era muito maior do que o orçamento). O registro de licenças e o prazo de entrega dos pontos de acesso "seguros" não se encaixavam nos prazos apertados do projeto;
• economia no orçamento: um kit que consiste em um ponto de acesso 2702E e uma germobox saiu mais barato.

Nas instalações de produção, é necessário considerar cuidadosamente as condições operacionais dos pontos de acesso, levando em consideração características completamente diferentes das instalações (umidade, temperatura, poeira, etc.). Você pode resolver o problema de segurança não apenas seguindo cegamente as recomendações do fabricante - use pontos de acesso seguros. Essa opção nem sempre é possível e racional na estrutura da implementação de um projeto.

Na batalha entre um engenheiro de telecomunicações e um tecnólogo de produção, o último está sempre certo.

Locais acessíveis para a instalação de pontos de acesso são outro ponto crucial que deve ser claramente definido no início do design. Em instalações tecnológicas complexas, além dos equipamentos instalados, ainda existem muitas comunicações - eletricidade, água, dutos de ar. Muitos deles afetam adversamente a propagação do sinal sem fio.
No nosso caso, a todos os itens acima, também foram adicionados robôs de transporte, que transportavam produtos dos locais de preparação para as câmaras de secagem e fermentação. Este não é um objeto instalado estaticamente, mas um equipamento tecnológico móvel. Era muito importante entender: para onde eles vão? Qual é a altura máxima do vaivém com a armação? A que distância estão as rotas de transporte das paredes? Um entendimento comum de todo o processo de seu trabalho foi muito útil e seria bom ver essa ação ao vivo. Mas aqui está a má sorte: não havia tais fábricas na Rússia naquela época. Os espaços abertos da Internet e a hospedagem de vídeo mais popular do planeta deveriam nos ajudar - era possível criar idéias sobre robôs e entender onde colocar nossos pontos de acesso.

Freqüentemente, nessas instalações, a localização dos pontos de acesso é limitada. Está longe de ser sempre possível estabelecer um ponto de acesso em um local ideal para a propagação do sinal. Além disso, era necessário atender à exigência do cliente de tolerância a falhas em caso de falha de um dos pontos de acesso.

Se você não entender em detalhes a configuração das instalações e o processo tecnológico, poderá obter problemas na forma de transferência de um ou vários pontos de acesso. E isso não é fácil de remover e compensar: são novas aberturas tecnológicas, problemas com a eliminação das conseqüências de aberturas antigas (na indústria de alimentos, elas são especialmente focadas em problemas de corrosão, formação de ferrugem, entrada de flora externa), transferência do ponto SCS. Não há razão para que o Wi-Fi funcione aqui e um ponto de acesso instalado em diálogo com os técnicos de produção não funcionará se realmente interferir na instalação de instalações e montagens de produção.

Mas e se algo falhar ...!?

Outra condição importante ao projetar uma WLAN nesse objeto não simples é a tolerância a falhas. Qualquer falha, na ausência de redundância, pode levar a interrupções no processo de produção, o que não é permitido. A necessidade de tolerância a falhas foi exacerbada pela operação de robôs de transporte. Em uma rede Wi-Fi, eles recebem tarefas e também enviam dados paramétricos ao sistema de controle automático, por exemplo - o peso do quadro movido, a localização, o nível da bateria.

O ambiente de rádio foi projetado de tal maneira que, no caso de falha de um dos pontos de acesso, os adjacentes forneciam à área de cobertura do ponto com falha um nível de sinal no receptor de pelo menos -75DBm.
Essa decisão de design impôs algumas limitações e dificuldades:

• primeiro, era necessário abandonar as antenas direcionais (seria necessário um número muito maior de pontos de acesso; além disso, o preço da antena é muito superior ao padrão da omni);
• segundo, tolerar a imposição de frequências de diferentes pontos em algumas áreas.

Quanto à segunda limitação: aqui, mais uma vez, testamos na prática todas as delícias de projetar um ambiente Wi-Fi na faixa de 5 GHz. Como as ondas de rádio desse intervalo se estendem a uma distância menor que 2,4 GHz e existem mais canais sem sobreposição, isso evita fortes interferências e interferências.

Fomos além e reservamos a WLAN de tal maneira que, no caso de uma falha no nó de telecomunicações, a rede continuava operando normalmente - pontos de acesso adjacentes eram conectados a diferentes nós de telecomunicações. Dentro de um nó de telecomunicações, os pontos de acesso foram distribuídos em diferentes switches. E, é claro, todos os outros elementos de rede (roteadores, comutadores de kernel, controladores WLAN) também foram reservados.

A fonte de alimentação para pontos de acesso sem fio é fabricada a partir de chaves de nível de acesso equipadas com duas fontes de alimentação independentes.

Cada unidade de fonte de alimentação dos comutadores é conectada a uma unidade de distribuição de energia separada que recebe energia elétrica através de uma linha de cabo independente de um quadro de distribuição separado do sistema de fonte de alimentação ininterrupta. É feito com redundância mútua de componentes e utiliza fontes de alimentação ininterruptas de um tipo modular. A SBE recebe energia elétrica de duas subestações de transformadores independentes da planta.

Planejamento de rádio

A primeira etapa do planejamento do ambiente de rádio - uma pesquisa preditiva por rádio, foi realizada usando o software Ekahau Site Survey Pro. Deve-se dizer aqui que o sucesso de uma pesquisa preditiva por rádio depende muito da correção dos parâmetros de obstáculos selecionados (paredes, objetos volumétricos, como racks, prateleiras etc.), bem como da correção da renderização de salas. Muitos objetos têm uma arquitetura complexa e, portanto, a confiabilidade dos dados obtidos nesse cálculo está em grande dúvida.

Na prática, devido à complexidade dos projetos da empresa industrial e aos vários materiais utilizados na construção (por exemplo, as câmaras de secagem são feitas de painéis sanduíche de metal), era possível confiar apenas parcialmente no método do programa para planejar o ambiente Wi-Fi: desenvolver, por assim dizer, uma “estratégia ”Localização dos pontos de acesso, determine seu número aproximado. Esses dados são suficientes para iniciar o design dos sistemas de engenharia.
Mas assim que a disponibilidade de construção de pelo menos parte do objeto nos permitiu realizar uma pesquisa de rádio no local (pesquisa pré-implantação, ou como também é chamado de AP-on-a-stick), passamos para o objeto. Não havia tempo para esperar a prontidão completa da instalação, era hora de determinar a composição final do equipamento e solicitá-lo. Ninguém cancelou os termos do projeto.





Depois de fazer medições em vários locais típicos, chegou-se ao entendimento de como colocar pontos de acesso em toda a instalação. A propósito, o número de pontos de acesso diminuiu em comparação com o originalmente planejado em 15-20%.

Você pode confiar na modelagem de rádio por software apenas se tiver experiência em projetar Wi-Fi em ambientes semelhantes e com requisitos de rede semelhantes. A realização de uma pesquisa de campo antes da implantação garantirá que os cálculos preliminares estejam corretos e, se necessário, corrigi-los.

Está na hora do objeto!

Depois de receber o equipamento há muito esperado, sem perder um dia, enviamos pontos de acesso aos instaladores, para instalar um grande número de pontos de acesso em um canteiro de obras, onde além de você, existem muitos empreiteiros difíceis. Essa sala está fechada, estava instalando outro equipamento e, ao mesmo tempo, não funcionava.

Ao mesmo tempo, foi realizada a configuração e instalação de comutadores de rede, roteadores e controladores WLAN. Alguns locais de instalação de equipamentos de telecomunicações não possuíam prontidão para construção, por outro lado, os especialistas em equipamentos de processo já precisavam de uma rede para testes.

Instalamos 14 armários de telecomunicações em toda a instalação. As portas dos comutadores forneciam o trabalho não apenas de pontos de acesso, mas também de equipamentos tecnológicos.

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Sumário

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