• تلفن تماس : 02166952240

کاربرد های بیسیم در صنعت

گروه شرکت های آ د پارس

کاربرد تکنولوژی بیسیم در نیروگاههای سیکل ترکیبی

"محاسن و چالشها"

چکیده : امروزه شبكه هاي سنسوري نقش بسيار مهمي در صنايع مختلف از جمله نيروگاهها برعهده دارند.  در واقع كنترل فرايندهاي پيچيده صنعتي توسط انسان با كمك اين شبكه ها امكان پذيرا است چرا كه شبكه صنعتي واسط بين اپراتور و تجهيزات موجود در فرايند مي باشد. با توجه به گسترش روزافزون فناوري بيسيم و مزاياي جايگزيني آن بجاي ارتباطات كابلي در بسياري از زمينه ها از يكسو و از سوي ديگر معايب متعدد مرتبط با ارتباطات كابلي انگیزه استفاده از این تکنولوژی و جایگزینی آن بعنوان وسیله ارتباطی در بخشهای مختلف صنایع را تقویت کرده است. در این مقاله پس ازبررسي خصوصيات و مزاياي شبکه های سنسوری بیسیم، کاربردهای متنوع تکنولوژی بیسیم در صنایع مختلف معرفي و پتانسیلهای موجود در نیروگاههای سیکل ترکیبی بمنظور استفاده از بیسیم  ارائه مي شود. همچنين مزاياي استفاده از اين تكنولوژي در مقايسه با سيستم كابلي كنوني ارائه مي شود. همچنين چالشهای موجود در برابر استفاده گسترده از این تکنولوژی در صنعت  نيروگاه مورد بررسي و راهكارهاي پيشنهادي براي غلبه بر چالشها بيان مي­گردد.


 

 

1- مقدمه

تقریبا در تمامی کارخانجات و صنایع و بخصوص نیروگاهها لینک های ارتباطی نقش بسیار مهمی در رد و بدل کردن اطلاعات بین تجهیزات موجود در سایت و کنترل کننده ها و نیز وسایل مانیتورینگ برعهده دارند. بسیاری از اطلاعات مربوط به کنترل و وضعیت تجهیزات و سیستم ها شامل دما، فشار، سطح مایعات , موقعیت اکچویتورها، وضعیت و مقدار ارتعاشات و بسیاری از اطلاعات دیگر بصورت بسته های اطلاعاتی منتقل می شوند که این اطلاعات بر اساس اهمیتشان به دو دسته کلی با اهمیت و دارای اهمیت متوسط تقسیم بندی می شوند. صرفنظر از اهمیت اطلاعات در حال انتقال، همه ارتباطات صنعتی بایستی دارای یک ویژگی مهم باشند و آن انتقال سریع و بدون خطاست. منظور از انتقال سریع ، انتقال اطلاعات با تاخیر زمانی قابل قبول و بدون مشکل برای پروسه است. امروزه در صنایع نیروگاهی از ارتباطات کابلی جهت انتقال اطلاعات بین قسمتهای مختلف استفاده می شود. استفاده از ارتباطات کابلی دارای معایبی همچون هزینه­های زیاد جهت نصب و کابل کشی، کاهش قابلیت انعطاف پذیری سیستم از لحاظ جابجایی مکان تجهیزات در سایت، صرف هزینه های هنگفت جهت نگهداری و تعمیرات و بسیاری موارد دیگر می باشد. معایب متعدد ارتباط کابلی از یکسو و توسعه تکنولوژی بیسیم از سوی دیگر انگیزه استفاده از این تکنولوژی و جایگزینی آن بعنوان وسیله ارتباطی در بخشهای مختلف صنایع را تقویت کرده است. تا کنون سیستمها و استانداردهای متنوعی بمنظور جایگزینی تکنولوژی بیسیم در صنعت ارائه شده است اما بدلایل متعددی استفاده گسترده از این تکنولوژی دارای پیشرفت چشمگیری نبوده است. در این مقاله در بخش دوم تکنولوژی بیسیم و توپولوژی های رایج برای اجرای شبکه­های بیسیم صنعتی به اختصار بیان می شود. در بخش سوم مزایای استفاده از بیسیم در مقایسه با ارتباطات کابلی مورد ارزیابی قرار می­گیرد. در بخش چهارم نیازهای کلیدی برای طراحی شبکه بیسیم صنعتی مطرح می­شود.  در بخش پنجم کاربردهای مختلف شبکه­های بیسیم در صنعت و نیز پتانسیلهای موجود در نیروگاههای سیکل ترکیبی بمنظور استفاده از تکنولوژی بیسیم بیان می شود. در بخش ششم چالشهای موجود در برابر استفاده گسترده و فراگیر تکنولوژی بیسیم در صنعت نیروگاه مورد ارزیابی قرار می گیرد و نهایتاً در بخش هفتم مقاله جمع بندی می­شود.

2- تکنولوژی بیسیم

با پیشرفت تکنولوژی های مرتبط با شبکه های صنعتی، روشهای پیاده سازی شبکه های صنعتی همانند مد باس و پروفی باس کم کم جای خود را به تکنولوژی جدیدی بنام اترنت  داده است. اترنت بدلیل ویژگی های منحصر بفرد آن همانند سادگی پیکربندی و هزینه پایین پیاده سازی در بسیاری از صنایع مختلف خصوصا نیروگاهها مورد استفاده قرارگرفته است بگونه ای که امروزه بسیاری از سازندگان فقط تجهیزاتی را که قابل استفاده در شبکه اترنت باشند تولید می کنند. در حقیقت اترنت بسیاری از ویژگی های سایر پروتکل ها را در خود دارا بوده و برای بسیاری از ارتباطاتی که در فواصل کوتاه انجام می شود مورد استفاده قرار می گیرد. با تمام ویژگی هایی که اترنت صنعتی داراست دارای یک عیب عمده می باشد و آن اینکه در آن همانند سایر استانداردها از کابل برای ارتباط استفاده می­شود. در ارتباطات کابلی عواملی همانند نیاز به کابل کشی، هزینه های هنگفت مورد نیاز برای حفر کانال و جایگزاری کابل و از همه مهمتر عدم قابلیت سیستم برای جابجایی تجهیزات مطرح است. عوامل مهم مطرح شده باعث گرایش بسمت جایگزینی شبکه های سنسوری بیسیم بجای شبکه های کابلی صنعتی شده است.

تاکنون انواع متعددی از شبکه های صنعتی بر اساس کاربردهای مورد نیازمطرح شده است که هر کدام دارای توپولوژی متفاوت و نیز استانداردهای متعددی می باشد. همچنین سازندگان و عرضه کنندگاه تجهیزات صنعتی تجهیزاتی را که با استانداردهای متنوع بیسیم سازگار باشند را به بازار عرضه کرده­اند. بطور کلی یک شبکه بیسیم صنعتی می تواند آرایشهای [1] متنوعی بسته به نیاز داشته باشد اما متداولترین توپولوژی های یک شبکه صنعتی عبارتند از [8 و6] :

الف) نقطه به نقطه[2]

در این نوع توپولوژی که گاهی از آن بعنوان پل بیسیم یاد می شود ارتباط بین گره های شبکه یک ارتباط مستقیم نقطه به نقطه بوده که جایگزین یک کابل ارتباطی بین دوگره می شود. لازم به ذکر است که در شبکه بیسیم صنعتی یک گره می تواند شامل یک سنسور، اکچویتور ، PLC و یا یک کامپیوتر اپراتوری باشد. شکل 1 یک ارتباط نقطه به نقطه را نشان می دهد.

شکل 1- ارتباط نقطه به نقطه

در ارتباط نقطه به نقطه، ارتباط زمانی می تواند بطور مطمئن و دائم برقرار باشد که دو تجهیز به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک بوده تا از اثرات تداخل فرکانسهای رادیویی مصون با شد.

ب)ارتباط یک نقطه به چند نقطه[3]

در این نوع شبکه یک مرکز کنترل وجود دارد که چند PLC دیگر را از طریق بیسیم کنترل می نماید. از این نوع اتصال گاهی با عنوان "ستاره" نیز یاد می شود. این نوع اتصال همانند سیستم های ارتباط سیمی موجود در بسیاری ازصنایع بویژه نیروگاهها است که در آن همه سیگنالهای مربوط به کنترلرها به یک ترمینال اصلی وارد می شوند.در این شبکه گره مرکزی که همان کنترلر مرکزی است با سایر کنترلر((PLC ها ارتباط برقرار کرده و اطلاعات را دریافت  می نماید. شکل 2 ارتباط یک نقطه به چند نقطه را نشان می دهد.

 

شکل 2- ارتباط یک نقطه به چند نقطه

 مشکل عمده ای که در این نوع توپولوژی وجود دارد پیدا کردن محل مناسبی برای نقطه دسترسی[4] یا همان کنترلر مرکزی است بگونه ای که بتواند بدون مشکل با همه گره های دیگر ارتباط برقرار کند.

ج) شبکه مش: نخستین بار ایده استفاده از توپولوژی مش برای سیستمهای کنترل صنعتی توسط دانشگاه MIT مطرح شد. در این شبکه هر گره (کنترلر) می تواند اطلاعات را ارسال و دریافت کند. علاوه بر این هر کنترلر می تواند بعنوان یک مسیریاب[5] نیز عمل کند بدین معنی که می تواند اطلاعات را به گره های مجاور انتقال دهد و لذا با استفاده از این نوع انتقال، یک بسته از اطلاعات کنترلی با گذر از کنترلر های متعدد به مقصد نهایی خود می رسد. در حقیقت در این شبکه  نقش کنترلر مرکزی کم اهمیت می­شود. چرا که هر گره (PLC) دارای قابلیت پردازش و تصمیم گیری بر اساس اطلاعات رد و بدل شده است. شکل 3 یک شبکه مش را نشان می دهد.

 

شکل (3) شبکه مش

دو نوع شبکه مش وجود دارد.1- مش جزیی[6] 2- تمام مش[7].  در مش جزیی هر گره(کنترلر) تنها با تعدادی از گره ها در ارتباط است اما در حالت تمام مش، هر گره با تمام گره ها ارتباط دارد. در شبکه مش ارتباط بین کنترلر ها از طریق چند مسیر که بصورت افزونه[8] است امکان پذیرمی باشد. و لذا اگر یک گره (PLC) از کار بیفتد اطلاعات از مسیر مشابه منتقل می شود. ویژگی دیگر شبکه مش در این است که فاصله بین گره ها کوتاه بوده که در نتیجه باعث کاهش افت سیگنال بیسیم شده که این خود باعث افزایش اطمینان ارتباط بین گره ها می شود.

بطور کلی ویژگی های شبکه مش عبارتند از[9و7و4]:

1-     قابلیت اطمینان بالا در ارتباط بین گره ها

2-     قابلیت خود سازمان دهی[9]

3-     قابلیت افزونگی در مسیرهای ارتباطی

4-     قابلیت توسعه گره­های شبکه تا هزاران گره

5-     قابلیت خود بهبودی[10]: همانطور که ذکر شد در شبکه مش اگر یک گره از کار بیفتد انتقال اطلاعات از مسیر مشابه صورت گرفته تا انتقال اطلاعات و عملکرد شبکه مختل نشود. به این ویژگی خود بهبودی گفته می­شود.

لازم به ذکر است که دو ویژگی قابلیت اطمینان[11] و نیز مقیاس پذیری[12] (افزایش تعداد گره ها) از ویژگی های شبکه بیسیم صنعتی برای کاربردهای کنترلی و نمایشی است. شبکه با توپولوژی نقطه به نقطه دارای ویژگی قابلیت اطمینان بالا بوده اما قابل توسعه نمی باشد زیرا که فقط ارتباط بین یک جفت گره(PLC) برقرار می شود. در شبکه با توپولوژی یک نقطه به چند نقطه، ویژگی توسعه پذیری وجود داشته اما قابلیت اطمینان بستگی به موقعیت کنترلر مرکزی و نیز سایر کنترلر ها دارد. جدول (1) مقایسه بین توپولوژی های متفاوت از لحاظ قابلیت توسعه و اطمینان را نشان می دهد.

قابلیت توسعه

قابلیت اطمینان

توپولوژی

پایین

بالا

نقطه به نقطه

پایین

پایین

یک نقطه به چند نقطه

بالا

بالا

مش

جدول(1) مقایسه بین ویژگی های توپولوژی های شبکه بیسیم

د) شبکه صنعتی ZigBee

این نوع شبکه امروزه در بسیاری از موارد از جمله کنترل پروسه­های صنعتی و نیز اتوماسیون مورد استفاده قرار می گیرد. از ویژگی­های این شبکه این است که در آن از تجهیزاتی که با استاندارد IEEE802.15.4 کار می کنند استفاده شده و این تجهیزات دارای دو ویژگی مصرف پایین توان و نیز برد ارتباطی کوتاه می باشند. این شبکه همانند شبکه مش دارای ویژگی قابلیت اطمینان بالا و توسعه پذیری است بدین دلیل که هر گره در شبکه ZigBee دارای خاصیت دریافت و ارسال اطلاعات و نیز تصمیم گیری است. در شبکه های ZigBee تعداد گره ها (سنسورها یا کنترل کننده) را می توان تا 64000 افزایش داد[5و3و2].

 

3- مزایای استفاده از بیسیم بر ارتباطات کابلی

امروزه در اکثر صنایع بخصوص صنایع نیروگاهی ارتباط بین تجهیزات با کنترلرها، کنترلرها با سرور و نیز کامپیوترهای اپراتوری با استفاده از کابل(سیم) انجام می شود. ارتباطات کابلی دارای معایبی می باشند که از آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • هزینه بالای نصب و راه اندازی  
  • هزینه بالای نگهداری 
  • افزایش روزافزون قیمت کابل( سیم)   
  • نرخ بالای اشکالات بوجود آمده در سیستم صنعتی ناشی از قطعی و اشکال در کانکتورها    
  • دشواری تشخیص اشکال در کانکتورها

با توجه به موارد ذکرشده پیشنهاد استفاده از ارتباط بیسیم بعنوان جایگزین در صنایع مطرح شده است. از مزایای ارتباط بیسیم نسبت به ارتباط کابلی می توان به موارد زیر اشاره کرد[2و1].

  • هزینه پایین نصب و راه اندازی و نیز نگهداری شبکه بیسیم
  • تسهیل در امر جایگزینی تجهیزات و نیز توسعه شبکه
  • نصب و راه اندازی سریع شبکه
  • حذف خطای ناشی از قطعی کانکتورها و اتصالات سیمی
  • تسهیل در امر عیب یابی اشکالات ایجاد شده
  • افزایش قابلیت جابجاپذیری تجهیزات و جایگذاری مناسب هرتجهیز
  • کاهش هزینه های مرتبط با جمع آوری اطلاعات مربوط به نقاط مختلف و همچنین امکان دریافت و مانیتورینگ اطلاعات نقاطی که بدلیل محدودیتهای فنی امکان نمایش اطلاعات آن ها با کابل(سیم) وجود ندارد
  • مقاومت سیستم کنترل نسبت به پتانسیل زمین بدلیل حذف کابل کشی
  • امکان نمایش وضعیت تجهیزات دوار

 

4- نیازهای کلیدی برای طراحی شبکه بیسیم صنعتی

عوامل مهم و کلیدی که برای طراحی هر سیستم بیسیم صنعتی بایستی در نظر گرفت تا بتوان از آن بطور موثر و گسترده استفاده کرد بشرح زیر می باشد[2و1].

الف) قابلیت پشتیبانی برای کاربردهای زمان واقعی(real time): یکی از ویژگی های سیستم بی سیم تاخیر است که ماکزیمم تاخیر زمانی قابل قبول بین ارسال سیگنال از یک گره و دریافت آن توسط گره دیگر در شبکه می باشد. در بسیاری از سیستم های صنعتی بویژه برای کاربردهای کنترلی لازم است که سیگنال ارسالی در کسری از ثانیه به مقصد رسیده و عمل نماید( بعنوان مثال در نیروگاههای گازی فرمان ارسال شده از سیستم جهت بسته شدن استاپ ولو در زمان خروج اضطراری واحد بایستی در ظرف مدت 50 میلی ثانیه به ولو رسیده و عمل نماید تا از خطرات احتمالی جلوگیری شود.لذا تاخیرزمانی در سیستم بیسیم طراحی شده برای یک پروسه صنعتی بایستی مشخص و محدود باشد( زمان واقعی باشد) تا از آن بتوان در کاربردهای کنترلی استفاده نمود.

ب) دارا بودن قابلیت اعتماد بسیار بالا( عملکرد صحیح و بدون خطا) برای کانالهای فرکانسی اختصاص داده شده.

ج) قابلیت سازگاری و استفاده از تجهیزاتی که بر اساس استانداردهای مختلف بیسیم عمل می­کنند.

د) دارا بودن ایمنی بسیار بالا به اندازه شبکه های کابلی(سیمی)

ه) توان عملیاتی بالا: قابلیت شبکه برای انتقال اطلاعات با نرخ بیت کافی در هنگام وجود ترافیک در یک شبکه صنعتی ، توان عملیاتی گفته می شود. این قابلیت یکی از ویژگی های محیط ارتباطی بیسیم بوده بدین معنی که اگرچه برای انتقال اطلاعات یک سنسور بیسیم نیاز به پهنای باند کمی می باشد اما زمانی که نیاز به انتقال اطلاعات سنسورهای متعدد بصورت همزمان باشد پهنای باند زیادی (توان عملیاتی بالا) نیاز است که بایستی در هنگام طراحی درنظر گرفته شود

و) مدیریت مصرف انرژی: مصرف انرژی یکی از مهمترین محدودیتهای طراحی در شبکه های سنسوری بیسیم است. برای صرفه جویی در انرژی استفاده شده توسط سنسورهایی که از باطری استفاده می کنند پروتکل ارتباطی بین سنسورها بگونه ای طراحی می­شود که در مواقعی که سایر سنسورها در حال ارسال یا دریافت سیگنال هستند سیگنالهایی که کار پردازشی انجام نمی دهند غیر فعال شوند تا در مصرف انرژی آنها صرفه جویی شود.

ز) قابلیت توسعه: در حقیقت شبکه صنعتی باید دارای این قابلیت باشد که بتوان به سادگی بر تعداد سنسورها و کنترلر ها که همان گره­های شبکه هستند افزود.

 

5- کاربردهای مختلف شبکه­های سنسوری بیسیم در صنعت

امروزه شبکه های سنسوری بیسیم دارای کاربردهای متنوعی در صنایع نفت، گازو برق میباشد. همچنین با توسعه استانداردهای مربوط به بیسیم و همچنین راهکارهای افزایش پهنای باند ارتباطات، تاکنون کاربردهای متعدد این تکنولوژی را برای موارد زیر فراهم کرده است:

  • اتوماسیون سطح چاههای نفت و گاز
  • مانیتورینگ اطلاعات خطوط لوله های گاز
  • مدیریت مصرف انرژی در شبکه های توزیع برق(اتوماسیون توزیع)
  • مانیتورینگ اطلاعات سیستم های قدرت
  • مانیتورینگ وضعیت تجهیزات موجود در صنایع مختلف و نگهداری آنها بر اساس وضعیت ثبت شده

علیرغم کاربرد گسترده شبکه های بیسیم در صنایع مختلف ، تاکنون در صنعت نیروگاه این تکنولوژی بطور گسترده استفاده نشده است. در حقیقت در نیروگاهها بویژه نیروگاههای گازی و سیکل ترکیبی که بخش عمده ای از نیروگاههای ایران را شامل می شوند موارد متعددی میتوان یافت که پیاده سازی آنها با استفاده از تکنولوژی بیسیم بجای سیستم کابلی مرسوم منجر به کاهش هزینه های اجرا ونگهداری و  نیز تسریع در امر راه اندازی می شود. در زیر به مواردی اشاره می شود.

الف) مانیتورینگ سطح مخازن سوخت :از آنجا که اکثر نیروگاههای گازی و سیکل ترکیبی دارای مخازن سوخت (گازوییل) جهت ذخیره سوخت بوده که معمولا در فواصل نسبتاً دوری از اتاق کنترل قراردارند و نمایش سطح این مخازن در اتاق کنترل مستلزم صرف هزینه برای انجام عملیاتی ازجمله حفر کانال، کابل کشی برای مسافت طولانی می باشد لذا می توان برای کاهش هزینه و تسریع در راه اندازی، از ترانسمیترهای بیسیم جهت انتقال اطلاعات بسمت سیستم کنترل استفاده کرد.

ب) مانیتورینگ شعله برنرهای توربین های گاز و بخار: از آنجا که یکی از مهمترین پارامترها بخصوص در توربین های گازی وضعیت شعله برنرها  بوده که معمولا بطور مرتب توسط اپراتورهای سایت چک می شود لذا می توان وضعیت شعله برنرها را توسط دوربین ضبط و بوسیله شبکه بیسیم در اتاق کنترل نمایش داد.

ج) مانیتورینگ سطح آب چاهها: در اکثر نیروگاههای سیکل ترکیبی آب مصرفی برای سیکل بخار از چاههایی تامین می شود که در فواصل دوری (چندین کیلومتر) از نیروگاه قراردارند. بمنظور انتقال اطلاعات مربوط به چاههای مذکور همانند سطح چاه، مقدار دبی آب خروجی از هر چاه، وضعیت پمپهای مکنده آب از چاه و ... می توان از ارتباط بیسیم همانند تله متری استفاده کرد.

د) مانیتورینگ وضعیت تجهیزات دوار: از آنجا که در هر نیروگاه تعداد قابل توجهی تجهیز دوار همانند پمپ و فن وجود دارد که وضعیت هر تجهیز از جنبه های مختلف بویژه ارتعاشات و دما جهت پایش وضعیت تجهیز مورد اهمیت می باشد و استفاده از شبکه سیمی جهت انتقال دائم و پیوسته این اطلاعات بسمت اتاق کنترل با توجه به هزینه های گزاف حفر کانال،کابل کشی و ... مقرون به صرفه نیست می توان از تجهیزات بیسیم که براحتی نصب و قابل استفاده می باشند استفاده نمود.

ه) مانیتورینگ نشتی تجهیزات: از آنجا که ممکن است بسیاری از تجهیزات همانند پمپها دارای نشتی می باشند که این نشتی در عملکرد آن تاثیر می گذارد بگونه ای که تشخیص بموقع آن مانع از وارد شدن آسیبهای جدی می شود لذا می توان از وسایل بیسیم جهت نمایش نشتی (وضعیت پمپ) استفاده کرد.

و) بمنظورمانیتورینگ وضعیت ولوهایی که بصورت دستی باز و بسته می شوند. می توان با نصب میکروسوییچهای بیسیم براحتی وضعیت ولو را در اتاق کنترل نمایش داد. بدیهی است که انجام این کار با استفاده از سیم بسیار هزینه بر می باشد.

ز) مانیتورینگ اطلاعات و یا وضعیت مربوط به نقاطی که دور از دسترس اپراتور قراردارند همانند رلیف ولوهای فشار و یا دودکشهای توربین گاز یا بویلر

ح) سيستم فراخوان : در بسیاری از نیروگاهها دارای سیستم فراخوان بوده که بلندگوها و سایر تجهیزات مربوط به این سیستم در نقاط مختلف نیروگاه نصب می شوند. با توجه به وسعت نسبتا زیاد یک نیروگاه نصب تجهیزات فراخوان با استفاده از سیتم کابلی انجام می­شود که این امر نیازمند نصب داکت و انجام وایرینگ و صرف هزینه گزافی می باشد لذا می­توان از سیستم از ارتباط بیسیم استفاده کرد که با نصب تعداد محدودی گیرنده و فرستنده در سطح سایت این سیستم را اجرا کرد.

علاوه بر موارد ذکر شده می توان برای سهولت و کاهش هزینه­های نصب و راه اندازی سیستم های دیگری همانند سیستم تلفن، شبكه هاي كامپيوتري محلي، سيستم ساعت مركزي و بسیاری موارد دیگر سیستم بیسیم استفاده کرد.

بطور خلاصه می­توان گفت که مهمترین مزیت بیسیم این است که به سادگی و با استفاده از یک سنسور بیسیم ، یک واسط مخابراتی و یک گذرگاه داده ( که اطلاعات بیسیم را به اطلاعات قابل نمایش برای سیستم کنترل تبدیل می نماید)می­توان اطلاعات نقاط مختلف یک نیروگاه را به راحتی و با صرف کمترین هزینه جمع آوری و پایش کرد.

 

6- چالشهای موجود در برابر استفاده گسترده تکنولوژی بیسیم در صنایع نیروگاهی

 تاکنون بیشتر مطالعات انجام شده در زمینه شبکه های بیسیم ، برکاربردهای مانیتورینگ این تکنولوژی متمرکز بوده است. برای استفاده گسترده بیسیم در زمینه های متنوع بویژه کاربردهای کنترلی چالشهای متعددی وجود دارد. در زیر تعدادی از چالشهای موجود مورد بررسی قرار می­گیرد.

6-1 نویز و تداخل

از مهمترین مشکلات موجود در برابر سیستم بیسیم بخصوص در صنایع نیروگاهی وجود نویز، انتشار چند مسیری و تداخل ناشی از هم کانالی می باشد.بعنوان مثال قدر ت سیگنال بیسیم شدیداً توسط عواملی ازجمله انعکاس سیگنال توسط دیواره های فلزی و نیز تداخل با امواج صوتی منتشر شده از دیگر تجهیزات مورد تاثیر قرارگرفته و کاهش می­یابد.

سیگنالهایی که در یک محیط صنعتی باعث تداخل در سیگنال بیسیم شده به دو دسته کلی تقسیم می­شوند. 1- باند پهن 2- باند باریک.

سیگنال باند پهن دارای طیف انرژی یکنواخت در همه فرکانسها بوده و دارای سطح انرژی بالا می­باشد. این سیگنالها بطور ناخواسته از منابع تولید کننده شان منتشر می­شوند در حالیکه سیگنالهای باند باریک دارای سطح انرژی پایین بوده و در فرکانسهای خاصی دارای طیف انرژی می­باشند. وجود هر دونوع سیگنال باعث ایجاد تداخل در امواج بیسیم و کاهش قدرت آن می­شود. جدول (2) منابع تولید انواع سیگنالهای تداخلی در یک محیط صنعتی را بیان می کند[1].

منابع تولید سیگنال تداخلی باند باریک

منابع تولید سیگنال تداخلی باند پهن

تلفن های همراه

موتورها

فرستنده های تلویزیون و رادیو

اینورترها-مدارهای SCR

اسیلاتورهای محلی

سوییچهای الکتریکی

سیستم های UPS

کامپیوترها

تجهیزات اولتراسونیک و مایکروویو

سیستم های جرقه زن

بالاست های الکترونیکی

پالس ژنراتورها

سیستم های میکروپروسسوری

ترموستات ها

ژنراتورهای فرکانس بالا

تجهیزات جوشکاری

 

مبدل های فرکانس

جدول(2)- منابع تولید انواع سیگنالهای تداخلی در یک محیط صنعتی

لذا یکی از چالشهای مهم در استفاده از سیستم بیسیم در نیروگاه، در نظر گرفتن شرایط محیطی نیروگاه و همچنین تاثیر امواج موجود در نیروگاه بر امواج بیسیم است.

6-2 امنیت

همانطور که در بخش 6-1 ذکر شد وجود فرکانسهای ناخواسته در محیط نیروگاهی باعث تضعیف سیگنال بیسیم و در نتیجه کاهش امنیت ارتباط بیسیم بمنظور استفاده در کاربردهای کنترلی می­شود. از آنجا که در یک سیستم کنترل صنعتی هرگونه اختلال در امر ارتباط ممکن است منجر به ایجاد خسارت جبران ناپذیری شود لذا بایستی ارتباط بیسیم صنعتی دارای امنیت کافی باشد. برای افزایش قدرت سیگنال بیسیم می­توان موارد زیر را پیشنهاد کرد.

1- استفاده از سیگنالهای با توان بالا

2- استفاده از سنسورهای افزونه جهت اندازه گیری پارامترهای مورد نیاز و ارسال آنها.

لازم به ذکر است که استفاده از سیگنالهای بیسیم با توان بالا در محیطهای باقابلیت اشتعال خطرناک می­باشد.

6-3 استفاده از توان

یکی از تمهیداتی که باید برای تجهیزات بیسیم در نظر گرفت استفاده از باتری بعنوان تغذیه اضافی است تا در زمان قطع ناخواسته برق تغذیه سنسور از باتری تامین شود. لذا یکی از مسائل مهم محدوده مجاز بین قطع و وصل تغذیه سنسور است که بایستی این زمان قطعی موجب اختلال در عملکرد سیستم کنترل نشود. لازم به ذکر است که در یک سیستم بیسیم واقعی هیچگونه کابل یا سیم جهت تغذیه و یا انتقال سیگنال نبایستی وجود داشته باشد لذا می توان از باطری های خورشیدی جهت تغذیه سنسورها استفاده کرد.

6-4 تکنولوژی

از لحاظ تکنولوژی دو چالش مهم برای هر سیستم بیسیم صنعتی وجود دارد.

6-4-1- بر اساس استاندارد خاص بودن: از آنجا ممکن است در یک سیستم کنترل صنعتی بیسیم تجهیزاتی که توسط سازندگان مختلف تولید شده­اند مورد استفاده قرار گیرد و هر کدام از آنها بر اساس استاندارد خاصی عمل کنند بنابراین بایستی استاندارد واحدی برای عملکرد شبکه های بیسیم صنعتی ارائه شود تا تجهیزات تولیدکنندگان مختلف بتوانند بر اساس آن با یکدیگر ارتباط برقرارکنند.

6-4-2 همزمانی با سایر استانداردها: تقریبا اکثر سنسورهای بیسیم که براساس استاندارد IEEE802.15.4 عمل می کنند از باند فرکانسی 4/2 گیگاهرتز برای ارتباط استفاده می­کنند اما در بعضی موارد نشان داده شده است که فرکانسهای متعلق به استاندارد مذکور و فرکانسهای مورد استفاده در شبکه های WiFi نمی توانند بطور همزمان در یک محل مورد استفاده قرار گیرند زیرا فرکانسهای استاندارد IEEE802.15.4 توسط فرکانسهای WiFi پوشیده می­شوند. لذا در بسیاری از کشورها، استفاده از فرکانس 4/2 گیگاهرتز برای کاربردهای فناوری اطلاعات همانند اینترنت در جاییکه سیستم بیسیم صنعتی مورد استفاده قرار می­گیرد ممنوع است.

6-5-تداخل دائم: با توجه به اینکه یکی از خصوصیات شبکه سنسوری بیسیم قابلیت جابجاپذیری تجهیزات است لذا در صورتی که یک تجهیز بیسیم را براساس نیاز مکانی جابجا کنیم ممکن است که تجهیز درمکانی خارج از محدوده پوشش سیگنالهای رادیویی شبکه بیسیم قرارگیرد و عملاً از شبکه حذف شود. این مشکل با عنوان تداخل دائم شناخته شده و بایستی بهنگام جابجایی تجهیز بیسیم در نظر گرفنه شود.

6-6- نیاز به ایجاد نقاط دسترسی اضافی: در بعضی سایتهای نیروگاهی که فاصله بین تجهیزات و کنترل کننده زیاد می باشدبمنظور اطمینان کافی از ارسال صحیح و مطمئن سیگنال، نیاز است که تقویت کننده های اضافی(نقاط دسترسی) در نقاطی از سایت و در محلهای مناسب نصب شود .

 

7- نتیجه­ گیری

با توسعه و پیشرفت تکنولوژی بیسیم کاربرد شبکه های سنسوری بسیسم با توجه به مزایای این تکنولوژی در صنایع مختلف رو به افزایش است. در بسیاری از صنایع بویژه صنعت نیروگاه پتانسیلهای فراوانی جهت استفاده از بیسیم بمنظور تسهیل در اجرا، نگهداری و نیز کاهش هزینه ها وجود دارد . موانع متعددی در برابر استفاده گسترده بیسیم بویژه درکاربردهای کنترلی وجود دارد که در صورت ارائه راه حل مناسب، ارتباط بیسیم جایگزین بسیاری از ارتباطات کابلی در زمینه های کنترلی و مانیتورینگ خواهد شد.

اشتراک بگذارید

Submit to DeliciousSubmit to DiggSubmit to FacebookSubmit to Google PlusSubmit to StumbleuponSubmit to TechnoratiSubmit to TwitterSubmit to LinkedIn
گروه شرکت های آ د پارس