Mnoho průmyslových bezdrátových aplikací například pro doly, železnice či ropný a plynárenský průmysl je rozmístěno v drsných podmínkách a vyžadují použití průmyslově odolných zařízení. Některé vlivy provozních podmínek jako extrémní teploty a vlhkost jsou zřejmé. Existují ale i vlivy které tak zřejmé nejsou a mohou vést k rychlému výpadku nechráněného zařízení. Níže je uveden seznam vlivů prostředí, které se běžně vyskytují v průmyslových aplikacích a které mohou způsobit chyby nebo úplné selhání zařízení.

• Rušení z napájení
• Elektromagnetické rušení
• Hořlavé plyny
• Extrémní teploty
• Vlhkost
• Nečistoty rozptýlené v ovzduší
• Otřesy a vibrace

Průmyslová odolnost bezdrátových zařízení

Elektromagnetická odolnost (EMS)

Podle Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) [1], je EMS definováno jako "neschopnost zařízení, obvodu nebo systému pracovat bez zhoršení kvality funkce za přítomnosti elektromagnetického rušení". Níže jsou uvedeny běžné typy elektromagnetického rušení, které by mohly nepříznivě ovlivnit provoz zařízení.

• Elektrostatický výboj (ESD)

ESD je náhlý přenos statické elektřiny mezi dvěma objekty s různými elektrickými potenciály. Například dělníci v provoze nosící gumové holínky a rukavice mohou rychle nashromáždit vysokou úroveň statické elektřiny. Při kontaktu s bezdrátovými zařízeními může dojít k přenosu několika kilovoltů statické elektřiny, která trvale poškodí jeho vnitřní obvody.

• Přepětí, špičky, rychlé přechodové jevy (EFT)

Spínací rušení, zkraty a zejména údery blesku mohou vyvolat velké napěťové špičky způsobující vážné poškození bezdrátových zařízení. Přepěťové ochranné prvky (SPD), jako jsou transily (TVSS), varistory (MOV) a bleskojistky (GDT) jsou nezbytné pro zajištění průmyslové třídy odolnosti proti přechodovým elektrickým rušením.

• Spínaná rušení

Vysoce výkonná průmyslová zařízení a stroje mohou vyžadovat velké množství energie pro zapnutí a vypnutí některých jejich částí jako jsou motory nebo hydraulické systémy. Jejich zapínání a vypínání náhle vytváří velké změny přenášeného proudu a vyvolávají velké změny napětí v jednotlivých částech napájecích rozvodů.

• Zkraty

Náhodný kontakt nebo nechtěné propojení dvou částí elektrického obvodu s různými potenciály způsobuje zkrat. Kromě přenosu velkého elektrického přepětí a rušení, které mohou poškodit elektrické obvody, mohou zkraty také generovat velké teplo vedoucí k poškození izolace vodičů nebo dokonce k požáru či výbuchu.

• Atmosférické výboje

Ochrana proti přímému úderu blesku vyžaduje instalaci hromosvodu (bleskosvodu), který odvede obrovské množství elektrické energie k zemnící svorce. Jestliže však dojde k přímému úderu blesku nebo je zasaženo okolí bezdrátového zařízení, může dojít k náhlému nárůstu napětí v zařízení, protože to je rovněž uzemněno.

• Elektrická pole (vyzařování)

Na rozdíl od rušení po připojených vodičích může elektromagnetické rušení šířené vzduchem ovlivňovat téměř každý přístroj. Elektromagnetické záření může být šířeno jiným zařízením v okolí generujícím RF proudy. To může způsobovat rušení nebo dokonce poškození zařízení. RF stínění například kovovým krytem zařízení může účinně potlačit tyto vlivy. Izolace antény, jak je popsáno v další kapitole (Ochrana galvanickým oddělením), může rovněž odstranit škodlivé vlivy způsobené elektromagnetickým zářením.

Ochrana galvanickou izolací

Transformátory jsou obvykle používány pro změnu napětí, ale používají se i pro izolační oddělení obvodů. Oddělovací transformátory přenášejí energii mezi dvěma fyzicky oddělenými částmi obvodů a slouží jako ochrana proti úrazu elektrickým proudem. Zabraňují také nadměrným elektrickým proudům v systému, pokud by vlivem rozdílných elektrických potenciálů docházelo k zemním smyčkám. Antény na bezdrátových zařízeních mohou být rovněž galvanicky oddělené a plně izolovat vnitřní obvody přístrojů jako další ochrana před elektromagnetickým rušením.

Krytí (IP)

Stupeň krytí je velmi důležitý parametr pro venkovní aplikace, kde mohou srážky nebo nečistoty rychle proniknout do zařízení což vede k zhoršení výkonu systému nebo k trvalému poškození desek plošných spojů (PCB). Pojem "Krytí IP" doplněný dvěmi číslicemi se používá ke specifikaci přesné úrovně ochrany zařízení proti vniknutí pevných částic nebo kapalin. Například bezdrátový přístupový bod s krytím IP68 je zcela vzduchotěsný a může být dlouhodobě ponořen do vody. Podrobnější definice stupňů IP ochrany je níže.

Ochrana proti vibracím a rázům

Bezdrátové připojení je v průmyslových aplikacích nejčastěji používáno tam, kde je požadována flexibilita sítě. Nejčastěji u vozidel, těžkých strojů a pracovišť které se neustále stěhují mohou být bezdrátová zařízení vystavena rázům a vibracím. Dlouhodobé vystavení rázům a vibracím může vést ke zkratům, porušení pájených spojů, odpadnutí součástek z plošných spojů, narušení plošných spojů nebo popraskání krytu zařízení.

Otřesy a vibrace mohou také vyřadit z provozu bezdrátové zařízení přelomením volných napájecích a datových kabelů. Napájecí a datové kabely musí mít bezpečné pevné připojení přes svorkovnici či M12 nebo QMA konektory, které brání nechtěné ztrátě kontaktu.

Ochrana proti extrémním teplotám

Extrémní venkovní teploty mohou klesat v noci pod bod mrazu a ve dne překračovat 50°C. Teploty uvnitř venkovních rozvaděčů mohou dokonce dosahovat extrémních teplot vyšších než 60°C. Tepelné namáhání a změny teplot způsobují dilataci desek plošných spojů, což může vést k poškození pájených spojů nebo ochranného laku.

Komerční třída bezdrátových zařízení může být vhodná pro použití v klimatizovaných podmínkách, ale hrozí jim nebezpečí přehřátí, pokud klimatizační systémy selžou. Spolehlivost bezdrátové sítě by ale neměla být ohrožena selháním klimatizace. V kritických bezdrátových aplikacích by proto provozovatelé měli zvážit variantu nasazení plně průmyslové bezdrátové sítě.

Průmyslové bezdrátové sítě potřebují průmyslově odolná zařízení

Konvenční bezdrátové sítě jako jsou například v knihovnách nebo kavárnách obvykle poskytují nejlepší dosažitelnou úroveň služeb, ale nedávají uživateli žádnou garanci na úrovni doručení paketů, přenosové rychlosti nebo redundance. Průmyslové sítě v kritických aplikacích musí mít nízkou latenci (zpoždění), musí pracovat bez přerušení s vysokou spolehlivostí, která může být zajištěna pouze nasazením průmyslových bezdrátových zařízení.

Mnozí provozovatelé průmyslových bezdrátových sítí si neuvědomují, že použití komerčních zařízením může způsobovat neočekávané chyby sítě. Instalace plně průmyslové bezdrátové sítě bude vyžadovat větší počáteční investici, ale její výhodou bude lepší provozuschopnost sítě, lepší výkon a menší náklady na údržbu, což ve výsledku přispívá k nižším celkovým nákladům na vlastnictví.

Více informací o tom, jak mohou být průmyslová bezdrátová zařízení využita v kritických bezdrátových aplikacích, najdete na adrese: www.moxa.com/Event/IW/2013/Industrial-grade/Index.html.

Zdroj:
1. Redoute, Jean-Michel and Steyaert, Michiel. EMC of Analog Integrated Circuits. Springer, 2010. Print.