تُعد الهياكل الموزعة للتطبيقات الصناعية فرصة جديدة لتحقيق أنظمة فعالة من حيث التكلفة ومرنة وقابلة للتطوير وموثوق بها، حيث يؤدي التفاعل المباشر بين المستشعرات والمشغلات بشبكة الاتصالات الصناعية إلى تحسين أداء النظام، لأنّ بيانات المعالجة والتشخيصات يمكن أن تكون متاحة في نفس الوقت للعديد من الأنظمة ومشاركتها أيضًا على الويب.
أساسيات شبكات استشعار الناقل السلكية
لا يمكن لأجهزة الاستشعار وخاصة منخفضة التكلفة استعمال بروتوكولات الاتصال القياسية مناسبة لأجهزة الكمبيوتر و”PLCs”، كما تتطلب المستشعرات عادةً تبادلاً دورياً ومتوازناُ وصعباً في الوقت الفعلي لعدد قليل من البيانات، بينما تتبادل أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة التحكم المنطقية “PLCs” كمية كبيرة من البيانات مع قيود الوقت الحقيقي الناعمة.
بالنظر إلى أنظمة الاتصالات الصناعية يكون هذا الفصل واضحاً للمستخدمين، فقد تم تصميم العديد من الحافلات الميدانية لمناطق تطبيق أجهزة الاستشعار المحددة، في حين أنّ المعدات الصناعية عالية المستوى تستخدم تقنيات “Ethernet” السلكية / اللاسلكية والإنترنت، والبروتوكولات هي إصدارات “موسعة” من “Ethernet” تفي بمتطلبات التشغيل في الوقت الفعلي.
وإلى جانب ذلك تبدو شبكات الاستشعار اللاسلكية في الوقت الحقيقي واعدة، كما يتضح من الأنشطة البحثية المتنامية، كما تم تقديم نظرة عامة على أحدث شبكات الاستشعار في الوقت الحقيقي للتطبيقات الصناعية، وتم إيلاء اهتمام خاص لوصف الأساليب والأجهزة لقياس الأداء في هذا النوع من البنى.
يمكن تشغيل الاتصال بجهاز استشعار سلكي من خلال أو حول العوائق مثل الجدران والمعدات ولن يكون هناك فرق ملحوظ في الأداء، ومع ذلك فإنّ المستشعرات اللاسلكية حساسة جداً للعوائق نظراً لأنّ الموجات الكهرومغناطيسية عالية التردد، ولا يمكنها المرور عبر الأجسام الصلبة دون فقدان بعض الإشارة.
تُعد سماكة المادة وكثافتها عاملاً رئيسياً في المساهمة في ضعف الإشارة اللاسلكية، حيث إذا تم الجمع بين العوائق ومسافة أكبر بين الأجهزة اللاسلكية المتصلة، فستفقد الإشارة تماماً على مسافة أقرب بكثير مما تقترحه مواصفات الشركة المصنعة.
- “PLC” هي اختصار لـ “programmable logic controller”.
فوائد شبكات استشعار الناقل السلكية
1- انخفاض تداخل التردد اللاسلكي من الأجهزة اللاسلكية الأخرى
على الرغم من أنّ المستشعرات السلكية يمكن أن تتأثر بتداخل الترددات اللاسلكية إلّا أنّها تتطلب إشارة قوية وقربها من مصدر التردد اللاسلكي للتأثير على الإشارة، خاصةً إذا كان الاتصال السلكي محمياً بواسطة شاشة مؤرضة تحيط بالأسلاك داخل الكابل.
تشترك عمليات الإرسال اللاسلكية في نفس المساحة الجوية المليئة بالتداخل الراديوي من أجهزة أخرى مثل أجهزة الاتصال اللاسلكي، والهواتف المحمولة وشبكات “Wi-Fi” عريضة النطاق وأجهزة إرسال الموجات الدقيقة، وبسبب الضوابط الصارمة على نطاقات تردد الإرسال اللاسلكي من الشائع أن يقوم أكثر من جهاز بالإرسال على نفس التردد، كما يمكن أن يؤدي ازدحام الإشارات اللاسلكية إلى تداخل كبير مع جهاز استشعار لاسلكي وقد يؤدي إلى فقدان الاتصالات اللاسلكية بالكامل.
2- استجابة سريعة للإشارة وقراءة معدل التحديث
- هناك مجموعة واسعة من معدلات التحديث واستجابات التردد المتاحة لأجهزة الاستشعار السلكية.
- هناك تأثير ضئيل على استجابة التردد إذا تم إبعاد جهاز استشعار سلكي بعيداً، في حين أنّ المستشعر اللاسلكي سيقلل من الاستجابة من أجل الحفاظ على مستويات الضوضاء المتزايدة للمرشح.
- نظراً لأنّ بعض المستشعرات اللاسلكية تحتوي على بطاريات داخلية، فإنّ معدل تحديث القراءة الأعلى سيستهلك مزيداً من الطاقة ويؤدي إلى نفاد طاقة البطارية بشكل أسرع.
3- لا حدود للمسافة
على الرغم من وجود حدود للمدى الذي يمكنك من خلاله حمل إشارة سلكية دون حدوث خسائر كبيرة في الإشارة أو تداخل، فمن الممكن تشغيل الأسلاك أبعد بكثير من التوصيلات اللاسلكية بسبب قيود طاقة الإرسال وكيف تنخفض قوة الإشارة عبر المسافة بسبب المربع العكسي قانون.
4- مقاس اصغر
- تُعد المستشعرات السلكية أصغر من المستشعرات اللاسلكية لأنّها لا تحتوي على المكونات الإضافية المطلوبة لتوصيل الإشارة لاسلكياً.
- توفير الطاقة اللازمة لتزويد المستشعر وجهاز الإرسال والاستقبال.
5- انخفاض استهلاك الطاقة
لا تتطلب المستشعرات السلكية عادةً الكثير من الطاقة للعمل وستعمل بجهد منخفض للتيار المستمر وتستخدم تياراً قليلاً جداً، لذلك من الممكن توفير الطاقة المطلوبة عن بعد عبر نفس الأسلاك الخفيفة الوزن الرقيقة نسبياً التي تحمل إشارة المستشعر، كما تتطلب المستشعرات اللاسلكية بطارية داخلية أو مصدر طاقة محلياً وسيكون الاستهلاك الحالي أكبر من أجل تشغيل جهاز الإرسال والاستقبال.
6- تركيب أقل تكلفة
هناك تكلفة إضافية مرتبطة بتركيب جهاز استشعار لاسلكي، حيث توجد مكونات إضافية داخل جهاز استشعار لاسلكي لتحويل الإشارة التماثلية أو الرقمية إلى إشارة لاسلكية، حيث إذا كان المستشعر اللاسلكي يعمل بالطاقة داخلياً فهناك أيضاً المكونات الإضافية المطلوبة لحجرة البطارية ودائرة إعادة الشحن.
هناك أيضاً تكلفة جهاز الاستقبال والتي قد تكون مطلوبة غالباً كقطعة إضافية من الأجهزة من أجل تحويل الإشارة اللاسلكية مرة أخرى إلى نوع آخر من الإشارات السلكية لتمكين الاتصال بأجهزة أخرى، كما يمكن تعويض هذه التكلفة الإضافية بتكلفة تركيب الكابلات لأجهزة الاستشعار السلكية، ولكن يجب أن يكون تركيباً به كابلات متعرجة طويلة، أو تركيباً يتطلب استخدام كابل متخصص حتى يقترب من التكلفة الإضافية لتركيب أجهزة استشعار لاسلكية وجهاز استقبال.
7- التوافق بين الشركات المصنعة
بمجرد إنشاء التكنولوجيا يتم تشكيل توافق في الآراء حول معايير الإشارة التي يجب اعتمادها من قبل الشركات المصنعة ومنظمات المعايير الهندسية والعملاء، وبالنسبة لأجهزة الاستشعار السلكية التي كانت موجودة منذ فترة طويلة جداً، وهناك العديد من أنواع أدوات القياس المتوافقة المتوفرة في السوق وتشمل جميعها دعماً لأنواع إشارات أجهزة الاستشعار السلكية الأكثر شيوعاً.
لا تزال المستشعرات اللاسلكية في المراحل الأولى من اعتماد الصناعة وهناك العديد من أنواع البروتوكولات اللاسلكية الخاصة بمصنع معين، كما يربط نهج التطوير الهندسي المغلق لبروتوكول الاتصال اللاسلكي المستخدم باستخدام علامة تجارية واحدة، وفقط لجميع المستشعرات المستخدمة مع جهاز استقبال لاسلكي مركزي.
8- لا يوجد تأثير على الأجهزة اللاسلكية الأخرى
من المحتمل أن تكون الإشارات اللاسلكية موجودة بالفعل في منطقة تخطط لاستخدام المستشعرات اللاسلكية فيها، وذلك بسبب أجهزة الاتصال اللاسلكي والهواتف المحمولة وشبكات “Wi-Fi” عريضة النطاق وأجهزة إرسال الميكروويف، كما ستؤدي إضافة المزيد من الأجهزة اللاسلكية إلى زيادة احتمالية حدوث تداخل لاسلكي وقد تؤدي إلى مشكلات في الاتصالات اللاسلكية الحالية العاملة، حيث ترسل المستشعرات السلكية إشارات منخفضة الطاقة عبر الكابلات ولن تساهم في أي تداخل كبير مع الأجهزة اللاسلكية.
9- المزيد من الخيارات لكل نوع تطبيق
هناك عدد كبير من تصميمات أجهزة الاستشعار السلكية والموافقات والمعايير الهندسية التي تمت رعايتها على مدار سنوات عديدة لكل نوع من تطبيقات المستشعرات تقريباً، حيث إذا كان لديك تطبيق لجهاز استشعار فهناك فرصة جيدة جداً لوجود مستشعر سلكي موجود بالفعل والذي سيلبي، أو يمكن تكييفه بسهولة لتلبية جميع متطلباتك.
بالمقارنة تعد المستشعرات اللاسلكية تقنية جديدة للغاية وغير متطورة من حيث إمكانيات التطبيقات حيث سوف يمر وقت طويل، وقبل أن يمكن استخدام المستشعرات اللاسلكية في التطبيقات الشديدة أو الحرجة وسيتم توجيه غالبية التطوير المبكر للمنتج إلى التركيبات الأقل تطلباً، حيث تفوق راحة الحل اللاسلكي جميع مزايا أجهزة الاستشعار السلكية.
