Ασύρματες επικοινωνίες και αυτοματισμός
Αυτοματισμός Τεχνικά άρθρα

Ασύρματες επικοινωνίες και αυτοματισμός

Ασύρματες επικοινωνίες και αυτοματισμόςΕισαγωγή

Οι ασύρματες επικοινωνίες έχουν γίνει αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητας μας, καθώς βρίσκουν εφαρμογή σε ολοένα και περισσότερες πτυχές της ζωής μας.

Από το αναλογικό ραδιόφωνο ως την κινητή τηλεφωνία και το ασύρματο Internet, μια σειρά από εφαρμογές βασίζουν τη λειτουργία τους στη χρήση κάποιας ασύρματης τεχνολογίας από τις πολλές που ήδη υπάρχουν. Η χρήση των ραδιοσυχνοτήτων είναι συνδεμένη με πολλές και διαφορετικές δραστηριότητες του ανθρώπου, και αποσκοπεί να διευκολύνει ή να βελτιώσει την ζωή του σε όλα τα επίπεδα. Με την χρήση της ασύρματης τεχνολογίας αυξάνεται η παραγωγικότητα, επιταχύνονται οι διαδικασίες, γίνεται οικονομία χρόνου και κατασκευών και πολλά άλλα που αφορούν διάφορες δραστηριότητες που ξεκινούν από την οικονομία και φτάνουν ως την διασκέδαση. Το μέσο είναι σε κάθε περίπτωση το φάσμα των ραδιοσυχνοτήτων, το οποίο εκτείνεται σε μια τεράστια περιοχή που ξεκινά από μερικά kilohertz (χιλιάδες Hertz) και φτάνει ως αρκετά gigahertz (δισεκατομμύρια Hertz).

Αυτοματισμός και ασύρματες επικοινωνίες

Ένας σημαντικός τομέας χρήσης των ασύρματων επικοινωνιών είναι αυτός του Αυτοματισμού, όπου η εξέλιξη της τεχνολογίας έχει δημιουργήσει τις προϋποθέσεις αλλά και την ανάγκη για την εφαρμογή ολοένα και πιο σύνθετων λύσεων. Μέρος αυτών των λύσεων είναι και το κομμάτι των ασύρματων επικοινωνιών, το οποίο επίσης έχει μεγάλη γκάμα διαφορετικών προσεγγίσεων, ανάλογα με την ανάγκη. Υπάρχουν λοιπόν εφαρμογές που απαιτούν ασύρματη μεταφορά μεγάλου όγκου δεδομένων σε υψηλές ταχύτητες (π.χ. μετάδοση εικόνας) ή μεγάλη ποσότητα λειτουργικών δεδομένων, αλλά και εφαρμογές που απαιτούν την ασύρματη μετάδοση σε χαμηλές ταχύτητες μικρού όγκου δεδομένων, όπως εντολών, ενδείξεων, μετρήσεων, σημάτων συναγερμού κτλ. Στο παρόν άρθρο θα αναφερθούμε σε αυτήν την δεύτερη κατηγορία εφαρμογών και θα προσπαθήσουμε να αναδείξουμε κάποιες εύχρηστες, οικονομικές και αποδοτικές λύσεις που κάνουν χρήση Ασύρματων Συσκευών Μικρής Εμβέλειας SRD.

Ασύρματες Συσκευές SRD

Ως ασύρματες συσκευές SRD ορίζονται όλες εκείνες οι συσκευές που μπορούν να πραγματοποιήσουν μια ασύρματη ζεύξη σε «μικρές αποστάσεις». Πίσω από αυτό τον πολύ γενικό ορισμό υπάρχει ένα πλήθος κατηγοριών συσκευών, που διαχωρίζονται μεταξύ τους με αυστηρά τεχνικές προδιαγραφές και κανονισμούς που διέπουν την λειτουργία τους (συχνότητα, ισχύς εκπομπής, εύρος διαύλου, κύκλος λειτουργίας κ.α.). Οι νόμοι και κανονισμοί που περιγράφουν το «τοπίο» της χρήσης των ραδιοσυχνοτήτων σε κάθε χώρα είναι ευθύνη της αρμόδιας αρχής (στην Ελλάδα το Υπουργείο Υποδομών, Μεταφορών και Δικτύων). Σύμφωνα με το Φ.Ε.Κ. Αρ. 1713 – 26 Ιουνίου 2014, η Εθνική Επιτροπή Επικοινωνιών και Ταχυδρομείων (http://www.eett.gr/) δημοσίευσε τον Κανονισμό Όρων Χρήσης Μεμονωμένων Ραδιοσυχνοτήτων ή Ζωνών Ραδιοσυχνοτήτων, ο οποίος ορίζει μεταξύ άλλων, στην παράγραφο Α.1 την περιγραφή των συσκευών Μικρής Εμβέλειας.

Ασύρματες επικοινωνίες και αυτοματισμός

Όπως, μεταξύ άλλων, ορίζει η συγκεκριμένη παράγραφος, μια πολύ ενδιαφέρουσα περιοχή συχνοτήτων είναι αυτή που επιτρέπει την λειτουργία συσκευών Μικρής Εμβέλειας στη ζώνη ραδιοσυχνοτήτων 169,4-169,475MHz, χωρίς να απαιτείται ατομικό δικαίωμα χρήσης από τον τελικό χρήστη.

Πλεονεκτήματα χρήσης της Περιοχής 169MHz

Η περιοχή συχνοτήτων 169MHz, όπως ονομάζεται, ανήκει στην ζώνη VHF, η οποία παρουσιάζει κάποιες ενδιαφέρουσες ιδιότητες για τη χρήση σε εφαρμογές αυτοματισμού με μικρές ανάγκες σε όγκο μεταφοράς δεδομένων.

  • οι ζεύξεις στις χαμηλές συχνότητες των VHF (έναντι των UHF) παρέχουν το πλεονέκτημα της μικρότερης εξασθένησης κατά την μετάδοση, λόγω της ίδιας της φυσικής τους ιδιότητας να παρουσιάζουν μικρότερη εξασθένηση στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα να μπορεί κανείς να πετύχει μεγάλες εμβέλειες χρησιμοποιώντας χαμηλή ισχύ εκπομπής.
  • οι ζεύξεις στις χαμηλές συχνότητες υλοποιούνται με υλικά (όπως κεραίες, καλώδια, συνδέσεις γενικότερα) που είναι εύκολα διαχειρίσιμα από μη εξειδικευμένο προσωπικό, με την έννοια ότι δεν έχουν μεγάλη κρισιμότητα και δεν απαιτούν μεγάλη εμπειρία από τον εγκαταστάτη.
  • οι ζεύξεις στις χαμηλές συχνότητες αποφεύγουν τις πολύ «φορτωμένες» περιοχές υψηλών συχνοτήτων π.χ. αυτές που βρίσκονται κοντά στα κανάλια που χρησιμοποιεί η κινητή τηλεφωνία, βλ. 869MHz, ή το ευρέως χρησιμοποιούμενο φάσμα των 2,4GHz (ασύρματες ζεύξεις δεδομένων, WIFI κτλ.).
  • τέλος, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, οι ζεύξεις στην περιοχή 169,4-169,475MHz δεν απαιτούν ατομικό δικαίωμα χρήσης και είναι νόμιμες για χρήση με την προϋπόθεση της τήρησης των σχετικών τεχνικών προδιαγραφών που ορίζει ο νόμος.

Χρήσεις και εφαρμογές

Όπως ειπώθηκε και παραπάνω, οι εφαρμογές που απαιτούν κάποιου είδους ασύρματη επικοινωνία στο πεδίο του αυτοματισμού είναι πάρα πολλές. Με την χρήση συσκευών που λειτουργούν στην περιοχή συχνοτήτων 169MHz μπορούν να υλοποιηθούν εφαρμογές όπως :

  • Ασύρματος τηλεχειρισμός και μετάδοση εντολών
  • Ασύρματη τηλεειδοποίηση (Monitoring)
  • Ασύρματη μετάδοση αναλογικών μετρήσεων
  • Ασύρματη μετάδοση έκτακτων συμβάντων (Alarming)

Τα πεδία εφαρμογών είναι πάρα πολλά, όπως π.χ. η διαχείριση νερού και λυμάτων, ο τηλεχειρισμός αντλιοστασίων, η αυτόματη πλήρωση δεξαμενών, η παρακολούθηση υπέρβασης θερμοκρασίας σε θερμοκήπια και πτηνοτροφεία κτλ.

Από πιο τεχνική άποψη, οι μονάδες που καλούνται να εκτελέσουν αυτές τις εργασίες πρέπει να είναι ουσιαστικά ασύρματες συσκευές πομπών και δεκτών με δυνατότητα διαχείρισης ψηφιακών και αναλογικών εισόδων – εξόδων τέτοιων που να ικανοποιούν τις απαιτήσεις του αυτοματισμού. Οι μονάδες αυτές περιλαμβάνουν σχεδόν πάντα έναν προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή(PLC) ικανό να ανταποκρίνεται σε διαφορετικές απαιτήσεις. Μια πολύ κρίσιμη πτυχή της ασύρματης μετάδοσης δεδομένων για τις συσκευές που την υλοποιούν είναι ο βαθμός ασφάλειας – αξιοπιστίας που πετυχαίνουν, καθώς τα λάθη μπορεί να έχουν πολύ σοβαρές ή και επικίνδυνες συνέπειες για ανθρώπους και υποδομές.

Οι μονάδες πομπών και δεκτών μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες τοπολογίες, ανάλογα με την εφαρμογή. Η απλούστερη από αυτές αποτελείται από ένα μόνο ζευγάρι πομπού και δέκτη, ενώ μπορούμε να αναφέρουμε και άλλες, πιο σύνθετες, αποτελούμενες από ένα πομπό και πολλούς δέκτες, από ένα δέκτη και πολλούς πομπούς ή από συνδυασμούς των παραπάνω. (βλ. σχήμα 1)

Ασύρματες επικοινωνίες και αυτοματισμός
Σχήμα 1: Παράδειγμα διατάξεων και εφαρμογές

Μια πολύ χαρακτηριστική εφαρμογή με μονάδες πομπών και δεκτών 169MHz είναι η ασύρματη αυτοματοποίηση της πλήρωσης δεξαμενών καθαρού νερού από απομακρυσμένα αντλιοστάσια, μέσω μεγάλου μήκους αγωγών. Σε αυτές τις περιπτώσεις πρέπει, κατόπιν αυτόματου ελέγχου της στάθμης της δεξαμενής, να στέλνονται εντολές στάσης ή λειτουργίας προς το σχετικό αντλιοστάσιο, με σκοπό αυτή να διατηρείται επαρκώς γεμάτη χωρίς να υπερχειλίζει ή να αδειάζει, κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες ζήτησης. Η παραπάνω λειτουργία θα μπορούσε να εκτελείται με την χρήση ενσύρματων εντολών, αλλά σε πάρα πολλές περιπτώσεις οι αποστάσεις των αγωγών (αρκετά χιλιόμετρα) ή και η ακατάλληλη μορφολογία του εδάφους επιβάλουν την χρήση του ασύρματου μέσου για μια αποτελεσματικότερη, οικονομικότερη και πιο βιώσιμη, τελικά, λύση, σε ένα ευαίσθητο αντικείμενο όπως αυτό της διαχείρισης του νερού.

Επίλογος

Οι ευκολίες που παρέχει καθημερινά η τεχνολογία στη ζωή μας είναι γνωστές σε όλους. Μέσα σε αυτόν τον κατακλυσμό, η ασύρματη τεχνολογία κατέχει ιδιαίτερη θέση όσο κι αν φτάνει κάποιες φορές να ενοχοποιείται ως πιθανή πηγή βλαβερών συνεπειών για τον άνθρωπο, δεν μπορούμε παρά να αναγνωρίσουμε τα οφέλη που προσφέρει. Στα πλαίσια ενός σύντομου άρθρου για ένα αρκετά εξειδικευμένο θέμα, αλλά εντός μιας ιστοσελίδας με αναγνώστες που είναι επαγγελματίες και εξειδικευμένοι στον ειδικότερο χώρο εργασίας τους, ελπίζουμε να προσφέραμε ενημέρωση ή έστω ένα έναυσμα για την αναζήτηση τεχνικών λύσεων.

 

Του κ. Απόστολου Αντωνίου, Ηλεκτρονικός Μηχανικός,

Τεχνικός διευθυντής της POWER ELECTRONICS CONTROL ΕΠΕ