Радиочастотные модули облегчают внедрение радио технологий во встроенные системы

Проектирование надежных микроволновых и радиочастотных устройств с помощью модуля Радиочастоты

Конечные продукты, различные электронные компоненты и устройства всегда могут быть улучшены. Модуль Радиочастоты позволяет оптимизировать их конструкцию, за счет детального исследования физических явлений распространения электромагнитных волн, микроволнового и радиочастотного нагрева, чтобы создать лучший продукт и опередить конкурентов.

В динамично развивающихся отраслях электронной (радиочастотной, микрометрового и миллиметрового диапазонов) промышленности, разработка продуктов должна соответствовать современным трендам и технологиям.

Например, антенны и радиочастотные тракты (включая фильтры, ответвители, делители мощности и цепи согласования импеданса) должны быть совместимыми с будущими разработками: сетями пятого поколения MIMO 5G, Интернетом вещей и спутниковой связью (SatCom).

Также важно измерять радиочастотные помехи и оценивать радиочастотную совместимость платформ беспроводной связи, чтобы изделия для новых прикладных областей — носимой электроники, беспилотных автомобилей и современных микроволновых и радиочастотных устройств — работали без проблем и без помех.

Программный пакет COMSOL® поможет вашей компании перейти на технологии СВЧ-расчётов сегодняшнего и завтрашнего дня.

Дополняя базовую платформу COMSOL Multiphysics® модулем Радиочастоты, вы получаете доступ к специализированным функциям и методам моделирования радиочастотных и микроволновых устройств, расширяющим возможности пакета COMSOL Multiphysics®.

Модуль Радиочастоты включает инструменты для моделирования следующих задач:

Антенны
Диаграммы излучения в дальней зоне
Коэффициент усиления и коэффициент направленного действия антенны
S-параметры
Входной импеданс
Фазированные решетки
Электрические цепи
Радиочастотная идентификация (RFID)
Биомедицинские устройства
Микроволновое спекание и спектроскопия
Полосовые фильтры
Метаматериалы и интегрированные плазмонные устройства
Наноструктуры
Излучение миллиметрового и терагерцевого диапазона

Резонаторы и фильтры
Ответвители и делители мощности
Ферримагнитные устройства
Ближняя беспроводная связь
Периодические решетки и структуры Блоха — Флоке
Расчет удельного коэффициента поглощения (SAR)
Микроволновые печи
Рассеяние и перекрестное излучение
Линии передачи
Микрополосковые линии
Копланарные волноводы
Волноводы на диэлектрической подложке
Устройства с настраиваемой частотой
Радиочастотные микроэлектромеханические системы
Электромагнитные помехи и электромагнитная совместимость (ЭМП/ЭМС – EMI/EMC)

Мультифизические связи

Электромагнитный нагрев
Материалы с температурно-зависимыми свойствами
Материалы со свойствами, зависящими от электромагнитного поля
Материалы со свойствами, зависящими от деформации и напряжения, в т.ч. деформированные геометрии устройств

Нагрев биологических тканей и биомедицинская терапия, например, микроволновая абляция и диагностика раковых тканей волнами миллиметрового диапазона
Влияние термического напряжения и механических деформаций на рабочие характеристики
Ферриты c подмагничивающим полем
Перестраиваемые фильтры с пьезоэлектрическим приводом
Микроволновая плазма
Диэлектрофорез
Потери тепла на излучение

Ниже систематизирован и описан ключевой функционал и преимущества модуля Радиочастоты.

Вы можете проводить анализ радиочастотных и микроволновых устройств, выбирая в пакете уже готовые предустановленные физические интерфейсы. Они содержат полный список удобных инженерных функций, условий и настроек для различных сценариев моделирования, так что расчетную модель можно построить, не вникая в сложную физику лежащих в ее основе уравнений Максвелла.

Исследуете ли вы простые радиочастотные электромагнитные устройства или связываете их с другими физическими явлениями, такими как теплопередача и механика конструкций, вы найдете нужные вам инструменты среди большого набора встроенных физических интерфейсов .

Did You Know? Физический интерфейс — полноценный набор функций, материальных моделей и граничных условий, разработанных для конкретной области исследований.

Физические интерфейсы модуля Радиочастоты:

Electromagnetic Waves, Frequency Domain (Электромагнитные волны, частотная область)
Electromagnetic Waves, Time Explicit (Электромагнитные волны, временная область с явным решателем)
Electromagnetic Waves, Transient (Электромагнитные волны, временная область)

Transmission Line (Линия передачи)
Electrical Circuits (Электрические цепи)
Microwave Heating (Микроволновый нагрев)

Для эффективного моделирования электромагнитных задач требуется большой набор граничных условий и геометрических настроек. В модуле Радиочастоты вы найдете предопределенные геометрические функции для работы с одномерными, двухмерными и трехмерными моделями.

Доступен широкий набор граничных условий для описания металлических границ, включая задание границы с комплексным импедансом, идеальные электрические и магнитные проводники, а также излучающих или поглощающих границ, например, рассеивающих границ (типа Зоммерфельда) и идеально согласованных слоев (PML). Модуль Радиочастоты поддерживает задание периодических граничных условий, снижающих геометрические размеры модели.

Did You Know?

Вы можете сократить время, требуемое для расчета и используемую оперативную память, за счет применения граничных условий Periodic (Периодическое граничное условие), Perfectly Matched Layer (Идеально согласованные слои) и Symmetry (Симметрия).

Набор граничных условий покрывает широкий диапазон инженерных задач проектирования, позволяя создавать модели портов, кабелей, устройств и компонентов со сложной геометрией.

Граничные условия, доступные в модуле Радиочастоты:

На поверхностях
- Идеально проводящие поверхности
- Поверхности с конечной проводимостью
- Тонкие слои с потерями
Симметрия
Периодичность
Свободное пространство
- Рассеивающие (поглощающие) границы
- Идеально согласованные слои (PML – perfectly matched layers)
Сосредоточенные элементы (поверхностного монтажа)
- Ёмкостные
- Индуктивные
- Резистивные
- С комплексным сопротивлением

Порты
- Прямоугольные
- Круглые
- Периодические
- Коаксиальные
- С пользовательскими настройками
- Численные (с расчетом и согласованием моды)
- Сосредоточенные
- Четырехполюсники
Кабельные выводы
Линейные контуры с током
Точечные диполи

Хотите взять на себя управление и получить полный контроль над моделью? Моделирование на основе пользовательских уравнений (equation-based modeling) предоставит вам доступ и возможность редактировать исходные уравнения непосредственно в программной среде, подстраивая модель под необходимые требования.

В модуле Радиочастоты для электромагнитных расчетов обычно с помощью метода конечных элементов ищется решения для формулировки системы уравнений Максвелла в частотной области. Гибкость и адаптивность конечно-элементных методов, реализованных в пакете, позволяет получить надежные и достоверные результаты при использовании пользовательских формулировок и уравнений.

Did You Know? Метод конечных элементов во многих случаях предпочтительнее метода конечных разностей, особенно для мультифизических прикладных задач и для устройств, состоящих из сложных геометрических объектов.

Кроме этого, реализованные в пакете инструменты для моделирования на основе пользовательских уравнений избавляют от необходимости программировать и создавать собственный расчетные коды с нуля, предоставляя значительно более гибкие возможности и уменьшая время, затрачиваемое на создание моделей и проведение исследований.

Гибкость моделирования на основе пользовательских уравнений (equation-based modeling) в модуле Радиочастоты:

Did You Know? Моделирование на основе пользовательских уравнений позволяет изменять уравнения, лежащие в основе физических интерфейсов и построенных на их основе моделей.

Одномерные модели (1D)
Уравнения линий передачи (можно использовать в двухмерных и трехмерных моделях)
Двухмерные модели (2D)
Учет поляризация в плоскости и вне плоскости или использование полного трехкомпонентного вектора
Распространение вне плоскости
Двухмерные осесимметричные модели (2D axisymmetric)
Учет поляризация в плоскости и вне плоскости (азимутальная формулировка) или использование полного трехкомпонентного вектора
Известные азимутальные номера мод
Формулировки для расчета поля:
Полноволновой метод
Фоновое поле (поле рассеяния)

Трехмерные модели (3D)
Полноволновая форма уравнений Максвелла, использующая векторные (криволинейные) конечные элементы
Доступные материальные модели и соотношения:
Диэлектрические среды
Металлические среды
Среды с дисперсией
Среды с потерями
Анизотропные среды
Гиротропные среды
Смешанные среды
Безразмерное моделирование сосредоточенных электрических цепей, в т.ч. на основе списков соединений SPICE

В модуле Радиочастоты вы получаете полный контроль за построением конечно-элементной сетки. Это особенно важно при исследовании материалов, свойства которых могут меняться в процессе моделирования, например, при расчёте электромагнитного нагрева.

Используя возможность автоматической генерации сетки на основе настроек физического интерфейса (physics-controlled meshing), в COMSOL Multiphysics® вы получите корректное разрешение волновых процессов для точного расчета необходимых электромагнитных явлений. После этого вы сможете варьировать размеры и число сеточных элементов для достижения требуемой точности.

Широкий набор инструментов для автоматической и ручной настройки сетки для вашей радиочастной модели позволяет корректно разрешать диэлектрические области, идеально согласованные слои (PML) и периодические структуры. Полный контроль для процессом построения сетки обеспечивает точные результаты моделирования.

В модуле Радиочастоты доступно построение сеток на основе:

Тетраэдров
Треугольников
Гексаэдров
Призм
Прямоугольников

Вы можете использовать все доступные в COMSOL Multiphysics®численные методы и решатели для решения комплексных электромагнитных уравнений, не жертвуя скоростью и точностью расчетов. Продуманный набор используемых по умолчанию решателей в модуле Радиочастоты гарантирует, что ваши исследования будут корректными, а проектирование построено на основе надежных и верифицированных расчетных схем.

Какие бы системы вы ни моделировали, вы можете выбрать необходимый тип исследования и изменить все связанные с ним настройки. Доступно проведение исследований на собственные значения, расчетов как в частотной области, так и непосредственно во временной области. В модуле Радиочастоты найдется решение для каждой вашей задачи моделирования.

Численные методы, доступные в модуле Радиочастоты:

Метод конечных элементов (МКЭ – FEM)
Для расчетов в частотной области
Для расчетов во временной области (неявный решатель)
Векторные/краевые элементы 1-го, 2-го и 3-го порядка, в т.ч. для учета кривизны поверхностей CAD-геометрий
Разрывный метод Галеркина (dG) на основе явного решателя
Решение уравнений дял линий передач в частотной области
Методики понижения порядка модели (Model order reduction)
Метод асимптотического анализа формы гармонического сигнала (AWE – Asymptotic waveform evaluation)
Модально-частотный анализ (Frequency domain modal)

Типы исследований, доступные в модуле Радиочастоты:

Исследование на собственные частоты
Резонансные частоты и добротность электронных компонентов
Расчет постоянных распространения и потерь в волноводах
Расчет в частотной области
Анализ частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) в заданном диапазоне
Прямое исследование во временной области
Нелинейные материалы и эффекты
Распространение СВЧ-сигнала и исследование отражений
Расчеты широкополосных систем
Динамическая рефлектометрия с временным разрешением (TDR – time-domain reflectometry)

Вы можете представить коллегам, заказчикам и руководителям результаты моделирования в привлекательной и наглядной форме , включая графики S-параметров, сложные визуализации диаграммы излучения в дальней зоне и диаграммы Смита.

Красочные цветовые схемы и графики любых расчетных величин позволяют быстро интерпретировать результаты моделирования и привлекают к ним внимание. Какие бы исследования вы не проводили, эти возможности по визуализации помогут вашей группе быстро перейти к следующим этапам процесса разработки.

Полученные в ходе расчётов данные также можно экспортировать для дальнейшей обработки в сторонних программах.

Did You Know? You can also create customized annotations within a plot of your results to ensure that important values are easy to see.

Инструменты постобработки в модуле Радиочастоты:

Матрицы S-параметров (матрицы рассеяния)
Диаграммы излучения в дальней зоне
Коэффициент усиления антенны
Эллиптичность антенны
Графики пользовательских выражений
Вычисление переменных, пользовательских функций, производных
Эффективная площадь рассеяния (RCS)
Диаграммы Смита

Подумайте, сколько времени и сил вы могли бы вложить в новые проекты, если бы вам не приходилось запускать одни и те же модели и проводить однотипные расчеты для других ваших коллег, менее знакомых с численным моделированием в целом и пакетом в частности.

С помощью Среды разработки приложений, встроенной в программный пакет COMSOL Multiphysics®, вы можете создавать приложения для моделирования на основе моделей COMSOL, которые упрощают процесс моделирования, ограничивая изменение входных данных и контролируя выходные данные, выводя только нужные для конечного пользователя результаты. С ними ваши коллеги смогут проводить типовые расчеты самостоятельно.

Интерфейс приложений для моделирования (Simulation Apps) позволяет легко изменять конструкционные параметры или расчётные данные, например, коэффициент усиления или рабочую частоты для антенны, и следить за влиянием изменений, не проводя повторно процесс сборки и настройки всей модели. С помощью приложений вы можете ускорить процесс проведения своих собственных исследований. Кроме того, можно предоставить доступ к приложениям своим коллегам, чтобы они самостоятельно выполняли свои расчеты, освобождая ваше время и силы для других задач.

Рабочий процесс создания и использования приложений для моделирования очень прост:

Создайте для вашей сложной СВЧ-модели простой пользовательский графический интерфейс (приложение)
Настройте приложение для ваших нужд, выбирая нужные входные и выходные данные, которые будут доступны пользователям
Используйте продукт COMSOL Server™ для удаленного хранения и систематизации приложений и предоставления к ним доступа вашим коллегам и/или заказчикам
Ваши коллеги и/или заказчики смогут проводить заданные в приложении типовые расчеты и проекты без вашей помощи

Используя функционал приложений для моделирования вы сможете предоставить доступ к численным расчетам и проектированию вашим коллегам внутри отдела и ли лаборатории, всей организации целиком, студентам и аспирантам, клиентам и заказчикам.

Чтобы радиочастотные изделия, устройства и компоненты надежно работали в реальных условиях, требуются реалистичные численные модели. Вы можете изучить, как несколько физических явлений влияют на исследуемую электродинамическую систему, используя программный пакет COMSOL Multiphysics® и модуль расширения Радиочастоты.

На большую часть радиочастотных компонентов и устройств влияют другие физические явления, такие как теплопередача, физика плазмы или механика конструкций.

Для создания максимально точных моделей требуется одновременно учитывать все эти явления.

Вы можете с легкостью сочетать все необходимые физические явления в одной программной среде для моделирования с помощью модуля расширения Радиочастоты пакета COMSOL Multiphysics®.

На ваш продукт влияют явления, относящиеся к другим разделам физики? Вы можете сочетать модуль Радиочастоты с любым модулем расширения или модулем интеграции LiveLink™ из программного пакета COMSOL, а все модули расширения полностью совместимы с базовой программной платформой COMSOL Multiphysics®. Таким образом, процесс моделирования остается тем же самым, какую бы прикладную физическую задачу вы ни решали.

Источник: https://www.comsol.ru/rf-module

Системы радиосвязи и организация радиосвязи

Радиосвязь на данный момент является необходимым инструментом для эффективной работы государственных, коммерческих структур и организаций.

Системы радиосвязи и организация радиосвязи

Системы радиосвязи условно можно разделить на «конвекционные» и «транкинговые».

К конвекционным системам можно отнести организацию сетей радиосвязи построенных по принципу «точка-точка», «звезда» (с базовой радиостанцией) без выхода в телефонные сети общего пользования.

Для организации систем сухопутной подвижной радиосвязи на территории Российской Федерации выделены следующие частотные диапазоны:

Диапазон, МГц	Обозначение
2730-50	CBLB(LOW BAND)
136-174	VHF
400-512	UHF
300-345	UHF 300 MHz

Дальность радиосвязи зависит от большого числа параметров (используемый частотный диапазон, рельеф местности, высота установки антенн, электромагнитная обстановка, и т. д.). Ее можно рассчитать при помощи математических моделей, но точно определить только экспериментальным путем. Каждый из частотных диапазонов характеризуется специфическими условиями распространения радиосигнала.

Диапазон LB (Low Band) используется только для симплексной связи и диспетчерских систем без дуплексных ретрансляторов. Сигналы в диапазоне в наибольшей степени подвержены влиянию промышленных помех, помех от бытовых электроприборов, радиовещательных и телевизионных передатчиков.

Применение оборудования данного диапазона оптимально в сельской местности, где уровень помех значительно ниже, чем в условиях плотной городской застройки.

Диапазон характеризуется хорошим огибанием неровностей ландшафта и распространением радиоволн за пределы прямой видимости.

Хорошие результаты по дальности связи получаются между стационарными объектами и автомобилями, однако, портативные станции имеют меньшую дальность связи из-за малой эффективности спиральных антенн, так как длина волны много больше длины антенны.

Диапазон VHF (Very High Frequency) — универсальный диапазон. Оборудование этого диапазона прекрасно работает как в сельской местности, так и в условиях городской застройки.

По сравнению с диапазоном Low Band он имеет недостаточное загоризонтное распространение и поэтому для увеличения дальности радиосвязи требуется гораздо большая высота установки антенны базовой станции.

Портативные станции работают достаточно успешно на открытой местности, но в условиях плотной городской застройки качество связи существенно снижается, поскольку отсутствует отражения от зданий и сооружений. Эффективность спиральных антенн достаточно высока, но, все же, не максимальна из-за разницы длины волн и геометрических размеров антенн.

Диапазон UHF (Ultra High Frequency) — считается «городским» и проявляет свои лучшие качества в условиях плотной городской застройки.

Выбор этого диапазона оптимален при необходимости получения устойчивой связи на небольших расстояниях, например, в черте города. Даже при использовании портативных радиостанций обеспечивается устойчивая связь с минимальным количеством мертвых зон.

На открытой местности UHF не очень удобен, так как радиоволны этого диапазона плохо огибают неровности рельефа и имеют сильное затухание в лесистой местности. Для получения большой дальности связи требуются очень высокие точки установки антенн базовых станций.

В диапазоне UHF предусмотрены поддиапазоны для работы радиооборудования на безлицензионной основе (стандарты LPD и PMR)

Присвоение (назначение) радиочастот или радиочастотных каналов для РЭС гражданского назначения осуществляется Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), с учётом результатов экспертизы электромагнитной совместимости, проводимой радиочастотной службой, на основании заявлений граждан Российской Федерации или заявлений российских юридических лиц, а также федеральных органов исполнительной власти Исключение составляют ведомственные системы связи (например: за силовыми структурами закреплены выделенные поддиапазоны частот).

Для коммерческого и личного использования выделен диапазон частот 433МГц (LPD рации) и 446МГц (PMR рации).

Источник: http://asvagroup.com/2014/11/sistemyi-radiosvyazi-i-organizatsiya-radiosvyazi/

Беспроводные технологии для разработки встраиваемых систем

Главная / Технологии / Специализированные технологии / Беспроводные технологии для разработки встраиваемых систем

Беспроводная связь — важнейшая функция портативных устройств. В процессе реализации проектов по разработке мобильных устройств и электроники для телекоммуникаций мы используем следующие технологии:

ZigBee (IEEE 802.15.4)
Bluetooth (IEEE 802.15.1)
Wi-Fi (IEEE 802.11)
IrDA
RFID
GSM, CDMA

Основная сфера применения стандарта IEEE 802.15.4 (ZigBee) — средства связи между автономными приборами и оборудованием.

Стандарт IEEE 802.15.4 определяет параметры физического уровня (PHY) и протокол управления доступом (MAC), предлагая поддержку различных топологий сетей.

Ключевые функции PHY:

Контроль энергопотребления и управление качеством звеньев
Оценка каналов для более успешного сосуществования с сетями других беспроводных операторов.

Ключевые функции MAC:

Определение автоматического подтверждения получения пакетов
Обеспечение возможности передачи данных в определенные временные интервалы
Поддержка 128-битных функций безопасности AES

Если в пределах досягаемости ZigBee-устройства окажется оборудование Wi-Fi или Bluetooth, то их каналы могут быть использованы как туннель для трафика ZigBee.

Стандарт IEEE 802.15.4 предусматривает в основном небольшую дальность действия (около 10 метров) и пропускную способность канала до 250 Кбит/с. Передача на этой скорости ведется в диапазоне 2,4 ГГц. Небольшая мощность и скорость передачи данных обусловлены малой потребляемой мощностью связываемых устройств. Доступны также диапазоны 858 МГц (20 Кбит/с) и 902…928 МГц (40 Кбит/с).

Главная особенность стандарта IEEE 802.15.4 (ZigBee) — отсутствие необходимости лицензирования при использовании данных частот.

Стандарт беспроводной связи Bluetooth широко применяется в мобильных портативных устройствах для обмена информацией в радиусе от 10 до 100 метров: в сотовых телефонах, гарнитурах, беспроводных манипуляторах и клавиатурах.

Помимо использования в потребительской электронике Bluetooth применяют во встраиваемых системах промышленного назначения.

Например, в системах для локального мониторинга состояния труднодоступных объектов (базовые сотовые станции, электроподстанции). Также технологии Bluetooth развиваются в сфере медиа и развлечений.

Например, в системах для передачи рекламного контента в местах массового скопления людей (гипермаркеты, торговые центры, экспо-шоу).

Bluetooth-устройства подразделяются на три класса в зависимости от мощности излучения:

Сlass 1 — мощность до 100 мВт, радиус действия до 100 м
Сlass 2 — мощность до 2,5 мВт, радиус действия до 10 м
Сlass 3 — мощность до 1 мВт, радиус действия до 1 м

Заявленные характеристики дальности и скорости передачи для Bluetooth соответствуют идеальным лабораторным условиям. На практике, с учетом помех окружающей среды и протокольно-транспортных расходов, получаются более скромные значения, что было экспериментально доказано на практике специалистов компании Promwad.

Существует несколько спецификаций Bluetooth: v1.0, v1.1, v1.2, v2.0, v2.1, v3.0, v4.0. Последняя версия спецификации Bluetooth (4.0) была утверждена в 2010 году. Она включает в себя следующие протоколы:

Классический Bluetooth,
Высокоскоростной Bluetooth
Bluetooth с низким энергопотреблением

Основа высокоскоростного Bluetooth — технология Wi-Fi, а основа классического —протоколы предыдущих спецификаций Bluetooth.

Базовые версии стандарта Bluetooth обеспечивали скорость однонаправленной передачи данных до 723 кбит/с и 433 кбит/с для двунаправленной передачи. В Bluetooth 2.0 была реализована поддержка повышенной скорости передачи данных (EDR) до 2 Мбит/с. А в Bluetooth 2.

1 была улучшена поддержка энергосберегающих режимов и значительно ускорен процесс установления соединения между устройствами. Спецификация версии 3.

0 + HS была утверждена в 2009 году, в ней реализована поддержка скорости передачи данных до 24 Мбит/с, добавлена асимметричная мультипроцессорная обработка (AMP) как альтернатива MAC/PHY и дополнение к 802.11.

Технология беспроводных сетей WiFi — наиболее высокоскоростная из широко распространенных беспроводных технологий. Большинство развернутых сетей работают по спецификации IEEE 802.

11n, которая позволят передавать данные на скорости до 600 Мбит/с благодаря технологии MIMO (использование нескольких антенн при передаче и приеме данных для формирования нескольких слабо коррелированных между собой пространственных радиоканалов).

Беспроводные сети, построенные по данной технологии, позволяют передавать значительные объемы информации и просматривать видео среднего качества. Но для передачи видео высокого разрешения WiFi (IEEE 802.11) оказывается недостаточно, поэтому в области беспроводных локальных сетей внедряются новые стандарты, такие как IEEE 802.11ac и IEEE 802.11ad.

Стандарт IEEE 802.11ac (скорость до 3,6 Гбит/с) — это развитие технологии WiFi для диапазона 5 ГГц позволяющее передавать видеопоток высокого разрешения, работать с облачными сервисами, проводить видеоконференции по беспроводному каналу. Согласно исследованию, проведенному ABI Research, в 2013 — третья часть, а в 2014 — большинство продаваемых WiFi-микросхем будут поддерживать 802.11ac.

Стандарт IEEE 802.11ad (WiGig) является новым стандартом беспроводных локальных сетей, работающих в диапазоне 60 ГГц, он позволяет передавать данные на скорости до 7 Гбит/с. Кроме передачи аудиовизуальной информации он позволит работать с сетевыми хранилищами.

Использование OEM-модулей Bluetooth коммерческого или промышленного температурного диапазона — это быстрая интеграция беспроводной связи Bluetooth при разработке устройства.

Так как Bluetooth работает в том же диапазоне частот, что и WiFi (IEEE802.

11), многие производители Bluetooth-чипсетов закладывают возможность одновременной работы с WiFi-инфраструктурой (Bluetooth-WiFi coexistance).

Операционная система Linux, которую часто используют при разработке встроенных систем, поддерживает Bluez — открытый Bluetooth-стек, созданный компанией Qualcomm.

На уровне ядра Linux архитектура Bluez состоит из следующих модулей:

Базовый Bluetooth (управление подключением устройств, авторизация)
Драйвер HCI (host control interface), который обеспечивает подключение Bluetooth-модулей с интерфейсом USB, UART, SDIO, PCMCIA, CFIO
Модуль SCO для поддержки передачи через Bluetooth аудио/голоса
Модуль поддержки протокола L2CAP (logical link control and adaptation protocol), определяющий базовый протокол передачи данных между Bluetooth-устройствами
Модуль поддержки протокола RFCOMM для эмуляции последовательного порта RS-232 поверх Bluetooth
Модуль BNEP (Bluetooth network encapsulation protocol) для эмуляции Ethernet поверх Bluetooth
Модуль протокола CMTP (CAPI message transport protocol)
Модуль протокола HIDP (human interface device protocol) для подключения через Bluetooth устройств класса HID: клавиатуры, джойстики, мыши

Часто при разработке электроники сложных встроенных систем приходится использовать OEM-модули сторонних производителей. Это особенно актуально для беспроводных технологий, которые требуется интегрировать в конечную программно-аппаратную платформу.

При выборе готового OEM-модуля большое значение имеет интерфейс его подключения. Вот наиболее распространенные варианты:

UART
SPI
USB
SDIO
CFIO
PCI Express

Один из самых простых и распространенных интерфейсов для подключения модулей —UART. USB-модули популярны из-за широкой распространенности USB-интерфейса как на ПК, так и в различных системах-на-кристалле.

При использовании модулей с интерфейсами CFIO или SDIO требуется большее внимание разработчиков программного и аппаратного обеспечения. Модули SDIO удовлетворяют спецификации SecureDigital, а модули CFIO — спецификации CompactFlash+. Самые распространенные проблемы при интеграции таких OEM-модулей в конечную платформу на базе микроконтроллера или системы-на-кристалле:

Errata или аномалии в SDIO-контроллере, интегрированном в СнК
Неполное соблюдение спецификаций в части временных диаграмм сигналов

Также модули можно классифицировать по промышленному и мобильному применению. Для модулей промышленного применения важны такие параметры как диапазон рабочих температур, промышленный интерфейс подключения (обычно UART или SPI).

Из-за ограничений интерфейса подключения модуль может не полностью использовать всю пропускную способность беспроводного подключения. Для модулей мобильного применения важны такие параметры как энергопотребление, конструктивное исполнение и габариты.

Для высокоскоростных технологий используются интерфейсы USB и PCI Express.

Мы располагаем необходимым инженерным опытом для выбора и интеграции беспроводного модуля в конечное устройство в соответствии с маркетинговыми и техническими требованиями заказчика.Специалисты Promwad работали со следующими вендорами полупроводниковых беспроводных решений:

Marvell: Libertas 88w8686, 88w8385; TOPDOG 88w8687
Realtek: RTL8187, RTL8180
Ralink: RT61, RT73, RT2571, RT2870, RT3090
Atheros: AR5007UG (бывший zd1211b), ath5k, ath9k
Texas Instruments: WL1271, WL1273

Рассмотрим подробнее несколько OEM-модулей на базе технологии WiFi, а также RF-модули (радиочастотные):

OEM-модуль IEEE802.11b/g (WiFi) на базе чипсета Marvell 88W8385 для мобильных применений

Размер: 20×20 мм

И его применение в плате расширения WiFi-ZigBee-USB для процессоров Blackfin:

OEM-модуль IEEE802.11b/g (WiFi) на базе чипсета Realtek RTL8187 для мобильных применений

Интерфейс: USB
Размер: 48×30 мм

OEM-модуль IEEE 802.11 a/b/g/n 2T2R MIMO (WiFi) на базе чипсета Atheros AR9382 для мобильных применений

Интерфейс: PCI Express
Размер: 26,8 x 29,85 мм (1/2 miniPCIe)
Поддерживаемые спецификации: IEEE 802.11b, 802.11g, 802.11d, 802.11e, 802.11i, и 802.11n

OEM-модуль IEEE 802.11aс и IEEE 802.11ad (WiGig) на базе чипсета Atheros AR9462 / Wilocity Wil6120 для мобильных применений

Интерфейс: PCI Express
Размер: 1/2 miniPCIe
Частотные диапазоны: 60 ГГц; 2,4 ГГц и 5 ГГц

Для передачи небольших потоков данных во встраиваемых системах могут применяться радиомодули (RF — radio frequency) малой мощности безлицензионных диапазонов 433 МГц, 868 МГц и 2,4 ГГц.

Довольно часто при разработке оборудования требуется реализовать дистанционное управление, например, брелок сигнализации или пульт ДУ для мультимедийного устройства.

Объем и скорость передаваемых данных, как правило, незначительны, в то же время энергопотребление имеет решающее значение.

В устройствах, где не требуется совместимость с беспроводным оборудованием других производителей, нет смысла использовать сложные беспроводные стандарты типа Bluetooth, WiFi или Zigbee. В таком случае рациональный выбор — это радиочастотный модуль.

В состав типичной RF-системы, в зависимости от степени интеграции на кристалле, входит радиочастотный трансивер или передатчик, управляющий микроконтроллер, антенна и кварцевый резонатор. Часто производители чипсетов объединяют трансивер и микроконтроллер в одном кристалле.

После поглощения компанией Texas Instruments компании Chipcon, решения на базе микросхем TI CC1xxx и CC2xxx стали доминировать на рынке маломощных беспроводных решений для безлицензионных диапазонов:

CC1000 — радиотрансивер для работы в диапазоне 300-1000МГц
СС1010 — интегрированный радиотрансивер с ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазоне 300—1000 МГц. Имеет аппаратное шифрование DES, 3-канальный 10-битный АЦП, 32 кбайта flash-памяти
CC1020 — узкополосный радиотрансивер для работы в диапазонах от 402 до 470 МГц и от 804 до 940 МГц
СС1050 — узкополосный многоканальный передатчик для работы в частотном диапазоне от 300 до 1000 МГц
СС1070 — узкополосный многоканальный передатчик для работы в частотных диапазонах 402—470 и 804—940 MГц
СС1101 — многоканальный радиотрансивер с пакетной обработкой данных и дополнительным SPI-интерфейсом для подключения внешнего микроконтроллера, работает в диапазонах 300—348 МГц, 387—464 MГц, 779—928 MГц
CC1110 — интегрированный радиотрансивер c ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазонах 300—348 МГц, 391—464 MГц, 782—928 MГц. Имеет до 32 кбайт flash-памяти, 21 GPIO, АЦП, аппаратное шифрование AES-128
CC1111 — интегрированный радиотрансивер c ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазонах 300—348МГц, 391—464MГц, 782—928MГц. Имеет до 32 кбайт flash-памяти, 8-канальный АЦП, аппаратное шифрование AES-128, поддержка интерфейсов USB и I2S
CC2400 — радиотрансивер для работы в диапазоне 2400—2483 МГц
СС2510 — интегрированный радиотрансивер c ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазоне 2400—2483 МГц. Имеет до 32 кбайт flash-памяти, аппаратное шифрование AES-128
CC2511 — интегрированный радиотрансивер c ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазоне 2400—2483 МГц. Имеет до 32 кбайт flash-памяти, аппаратное шифрование AES-128, поддержка интерфейса USB
СС2550 — многоканальный передатчик для работы в диапазоне 2400—2483 МГц

“Технология цифровой радиочастотной памяти и её применение в системах РЭБ”

Приведу с сокращениями статью кандидатов технических наук Н. Егорова и В. Кочемасова (с моими выделениями).

С полным текстом статьи, опубликованной в журнале “Электроника: Наука, технология, бизнес” № 10 за 2016 год и размещённой в открытом доступе, можно ознакомиться по ЭТОЙ ССЫЛКЕ.

Важнейшие элементы современных систем радиоэлектронной борьбы (РЭБ) – устройства цифровой радиочастотной памяти (ЦРЧП).

В зарубежной литературе и в некоторых отечественных источниках используется соответствующее понятие Digital Radio Frequency Memory (DRFM).

Технология и устройства ЦРЧП позволяют получать и хранить в цифровой форме копии радиочастотных сигналов, а также выполнять их последующую цифровую обработку с целью формирования сигналов с модуляцией различного вида.

Основные направления применения ЦРЧП

В системах РЭБ сформированные с помощью ЦРЧП модулированные сигналы излучаются в обратном направлении к РЛС противника. При этом могут решаться две основные задачи. В первом случае приемное устройство “забивается” значительным потоком “отраженных” сигналов, что мешает РЛС обнаруживать цели, определять их параметры и формировать необходимые данные для систем вооружения, прежде всего для ракетных систем. Во втором случае система ЦРЧП формирует специальные модулированные сигналы, которые фактически представляют собой радиопортреты целей различных типов. При приеме таких сигналов в РЛС противника формируются ложные цели, трудноотличимые от настоящих. Вследствие этого противник вынужден тратить существенные ресурсы на отслеживание ложных целей, что может обернуться для него дополнительными потерями и ухудшением общего положения во время боевых действий. Фактически действие системы с ЦРЧП можно здесь сравнить с влиянием на противника дезинформации.[…]Помимо систем РЭБ, противодействующих РЛС противника, технология ЦРЧП может применяться в аппаратуре для тестирования РЛС и обучения персонала, в аппаратуре для тестирования систем связи на устойчивость к воздействию систем РЭБ со стороны противника.В зарубежных источниках в связи с технологией ЦРЧП (DRFM) также используются такие понятия, как цифровой синтезатор образов (digital image synthesizer) и синтезатор ложных целей (false target image synthesizer).[…]

Особенности и преимущества технологии ЦРЧП Применение технологии ЦРЧП позволяет получить ряд существенных преимуществ для систем РЭБ и других устройств и радиосистем. В системе с ЦРЧП нет необходимости формировать сигнал для воздействия на РЛС противника с нуля.

Для этой цели используется принимаемый сигнал РЛС, который соответствующим образом обрабатывается. Обратный сигнал, передаваемый системой с ЦРЧП в сторону РЛС, воспринимается ею не как посторонний мешающий сигнал, который нужно отфильтровать, а именно как полезный сигнал, содержащий информацию об интересующих объектах.

То есть этот сигнал не может быть проигнорирован РЛС, что весьма важно.

Системы с ЦРПЧ – многофункциональные, способны работать как в различных режимах подавления РЛС, так и формировать многочисленные ложные образы целей. Механизм функционирования системы с ЦРЧП позволяет применять ее для оказания мешающего воздействия на системы связи и радиоразведки противника.

Также эта система может вводить противника в заблуждение посредством имитации работы собственной РЛС или системы связи и излучения соответствующих импульсных и модулированных сигналов.

Для функционирования системы с ЦРЧП и эффективного воздействия на РЛС противника не требуется высокая мощность радиопередающего устройства, что характерно для классических систем радиоподавления, которые активно разрабатывались и применялись в течение нескольких десятков лет.

Поэтому в таких системах зачастую нет необходимости использовать мощные источники электропитания. Технология ЦРЧП позволяет создавать компактные устройства, которые могут быть установлены на транспортных средствах многих типов, в том числе на небольших летательных аппаратах.

При изменении решаемых задач зачастую нет необходимости заменять всю систему РЭБ с ее радиочастотным блоком, достаточно внести необходимые изменения в программно-цифровую часть.

Устройства с ЦРЧП могут функционировать в автоматическом режиме, что создает хорошие перспективы их активного применения на беспилотных и роботизированных платформах. В то же время для эффективного противодействия радарам современные системы ЦРЧП должны быть широкополосными и обеспечивать высокую скорость преобразования сигналов. Для этих целей необходимы быстродействующие АЦП и ЦАП, которые являются критически важными компонентами этих систем.

Этапы развития технологии ЦРЧП

Первое упоминание о технологии ЦРЧП (DRFM) относится к 70-м годам 20 века. На первых этапах в систе- мах РЭБ использовалась относительно простая структура ЦРЧП (рис.

2), которая позволяла переизлучать в сторону РЛС противника копии принятых сигналов с нужными задержками по времени и с необходимыми изменениями по амплитуде и частоте.

Это давало возможность противостоять РЛС с простыми импульсными сигналами, создавая для них ложные цели стационарных и мобильных объектов.

На более поздних этапах развития в РЛС стали использоваться сложные сигналы с внутриимпульсной модуляцией – как частотной, так и фазовой. Также в современных РЛС применяется усовершенствованная обработка сигналов, основанная на спектральном анализе и корреляционных методах.

Современные РЛС со сложными сигналами способны не только обнаруживать цели, но и определять их тип и структуру. Для противостояния таким РЛС нужны более совершенные системы ЦРЧП.

Современная структура ЦРЧП (рис.3) позволяет формировать нужный радиопортрет цели с учетом множества точек отражения сигнала РЛС со своими параметрами. Общий отраженный сигнал формируется как сумма частных отраженных сигналов со своей амплитудой, задержкой, частотными и фазовыми сдвигами.

При принятии такого сигнала в радиоприемном устройстве (РПУ) РЛС формируется образ нужной цели: военного самолета определенного типа, протяженного объекта, к примеру, корабля, групповой цели и др.Приведенные в табл.1 данные позволяют получить представление о различных поколениях устройств ЦРЧП.

Здесь нужно учесть, что это информационный источник 2011 года, и данные по пятому поколению ЦРЧП являлись лишь прогнозом и могут отличаться от параметров новых устройств и систем.

Данные в таблице показывают, что технология ЦРЧП развивается в направлении создания широкополосных систем, увеличения разрешения АЦП и ЦАП, повышения динамического диапазона, свободного от паразитных составляющих, увеличения разрешения по параметрам формируемых целей, реализации дополнительных корректирующих и других функций. В современных системах ЦРЧП активно применяются ПЛИС и цифровые процессоры обработки сигналов.[…]

Модули-радиоловушки

Специфическая категория изделий с ЦРЧП, используемых для решения задач РЭБ, – радиоловушки (передатчики помех одноразового использования). Типовое применение таких изделий – защита самолетов от ракет противника. При этом сигналы радиоловушки воздействуют на РПУ РЛС головки самонаведения ракеты и сбивают ее с курса. Одно из таких устройств – активная радиоловушка компании BriteCloud компании Selex ES на фото:Данная радиоловушка выпускается с самолета, из стандартного автомата выброса расходуемых средств РЭБ (дипольных отражателей и ИК ловушек). Устройство заранее программируется, может изменять режимы функционирования во время полета. Её масса 1,1 кг, диаметр 55 мм, питание – от батареи. Компания планирует в ближайшем будущем уменьшить диаметр устройства до 21,8 мм. Радиоловушка может храниться в течение пяти лет. Ее существенные преимущества – невысокая цена и удобство эксплуатации. Здесь требуется лишь минимальная подготовка оператора. Радиоловушка также может выпускаться автоматически.

Контейнерная станция активных помех индивидуальной защиты САП-518

Станция САП-518 предназначена для защиты самолетов типа Су-34 от поражения современными и перспективными ракетами класса “поверхность-воздух” и “воздух-воздух”. На сегодняшний день станция является одной из самых эффективных в мире.

Она оснащена системой ЦРЧП, создана КНИРТИ (Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт). Станция работает в диапазоне частот 2–18 ГГц. Размещается в двух подвесных контейнерах на крыльях самолета (рис.9).

В одном контейнере находится приемник, в другом – передатчик для формирования ответного сигнала помехи.

По мнению специалистов США, бортовая система САП-518 особенно эффективна против ракет с активными радиолокационными головками самонаведения (РГСН), которые являются основным вооружением американских истребителей.

Малогабаритная станция помех МСП-418К

В ЦНИРТИ им. акад. А.И.Берга было создано современное радиоэлектронное средство для защиты самолетов на основе технологии ЦРЧП. Малогабаритная станция МСП-418К (рис.10) предназначена для защиты самолетов семейства МИГ-29.

Станция может работать в диапазонах частот 4–18 ГГц, мощность передатчика равна 100 Вт, габариты контейнера – 230×225×3800 мм, масса контейнера – 150 кг.

Функционирование станции оптимизировано для работы с авионикой самолета-носителя в части электромагнитной совместимости, а также использования единой системы индикации и контроля.

Станция помех обеспечена системой встроенного самоконтроля технического обслуживания без дополнительной контрольно-поверочной аппаратуры. Предусмотрена адаптация станции к современным самолетам-истребителям других фирм-производителей.

Станция активных помех “Рычаг-АВ” для вертолетов

Новейший вертолетный комплекс РЭБ способен обеспечить групповую защиту наземных, надводных и воздушных объектов от ударов с воздуха и наземных (надводных) средств ПВО противника в радиусе сотен километров. Комплекс Ми8-MТПР-1 представляет собой вертолет Ми-8МТВ-5–1 с уникальной станцией активных помех “Рычаг-АВ”.

В станции РЭБ используется технология ЦРЧП и многолучевая антенная решетка. По информации пресс-службы разработчика станции – АО “Концерн Радиоэлектронные технологии” (КРЭТ) – эта универсальная станция может быть установлена на вертолетах и самолетах, а также на стационарных и подвижных наземных и надводных объектах.

Она не имеет аналогов в мире и создана на основе отечественных комплектующих.

Направления развития технологии ЦРЧП

Обобщение данных о разработках в области ЦРЧП позволяет прогнозировать развитие этой технологии. Основные направления развития систем и устройств с ЦРЧП заключаются в следующем: • разработка сверхширокополосных систем, с полосой до 2 ГГц и выше; • развитие многоканальных и многофункциональных систем, которые одновременно решают задачи противодействия радарам разных типов, функционирующих в нескольких частотных диапазонах с различающимися сигналами; • развитие адаптивных систем, изменяющих параметры и алгоритмы своего функционирования в зависимости от ситуации: частоту, полосу частот, типы модуляции, виды создаваемых портретов целей и т.д.;• формирование радиопортретов новых непростых целей, отличающихся такими характеристиками, как небольшие размеры, высокая скорость и сложная маневренность, необычная структура и поверхность, изменение конфигурации: беспилотников, крылатых ракет новых типов и др.;• создание радиопортретов объектов с учетом дополнительных факторов: используемых материалов, особенностей поверхности, погодных условий и др.;• противодействие радарам со сложными сигналами (с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, шумоподобными и др.);• разработка методов снижения паразитных составляющих в ЦРЧП; • развитие дополнительных и корректирующих функций – измерение частоты сигналов и др.; • разработка и создание микроминиатюрных устройств ЦРЧП, которые, например, могут быть установлены на беспилотниках с очень малыми размерами, а также стать основой создания новых малогабаритных радиоловушек;• проработка вопросов совместного функционирования группы систем ЦРЧП, расположенных на разных транспортных платформах, что позволяет одновременно имитировать многие цели в разных секторах пространства и формировать сложные картины развития обстановки; • использование технологии ЦРЧП для анализа ЭМС, то есть влияния отраженных сигналов радаров военного и гражданского назначения на системы связи и другие радиосистемы: сотовые, спутниковые, транкинговые, системы управления и др.; • опыт разработки и эксплуатации устройств с ЦРЧП может быть использован при создании систем радиосвязи с ретрансляторами, поскольку эти устройства можно рассматривать как специфические ретрансляторы и корректоры сигналов; • использование систем с ЦРЧП для составления баз данных как по принятым сигналам радаров, так и сформированным сигналам-радиопортретам, что можно в дальнейшем использовать в гражданских и военных системах для контроля радиочастотного спектра, а также в учебных программах; данные о различных сигналах можно применять для научного анализа и поиска обобщающих закономерностей. Таким образом, применение систем с ЦРЧП позволяет эффективно противодействовать самым современным РЛС. Эти системы активно развиваются и в будущем смогут обеспечить еще более широкие возможности для решения задач РЭБ.

Источник: https://ak-12.livejournal.com/75231.html

Радиочастотная идентификация в промышленности

В то время как каналы поставок обоснованно требуют продвижения технологий радиочастотной идентификации в розничные сети и схемы движения товаров по складам, их применение в промышленности также продолжает расти и отражает разнообразие доступных технологий. Почему? Ниже приводятся некоторые причины такой ситуации:

При радиочастотной идентификации (RFID) используется беспроводная передача данных.

Метки и считыватели RFID могут использовать информацию, передаваемую в одном или нескольких направлениях, могут предназначаться только для чтения или длячтения и записи, могут быть встроенными или существовать в виде приставок,работать на одной или многих частотах, в бытовом или промышленном исполнении, стандартными или сделанными на заказ. Системы RFID также могут использоваться производителями оборудования, конечными пользователями и системными интеграторами.

На рисунке приведен вариант использования различных систем RFID, с фотографией системы слежения за отходами компании Sonrai, предоставленной компанией iQuest. Она представляет собой систему с обратной связью, помогающую контролировать запасы, предотвращать хищения, фильтровать опасные материалы и осуществлять плановое техническое обслуживание и ремонт. Источник: Siemens Energy and Automation

С учетом всех этих возможностей журнал Control Engineering пытается проиллюстрировать, каким образом системы RFID используются в различных промышленных применениях. Ниже приводятся описание применений, возможности этих систем и рекомендации.

Управление прессованием отходов

«Предприятия добились больших успехов в области контроля электроэнергии, воды, газа и нефтепродуктов, но имеется пятый ресурс, который практически игнорируется: мусор», – говорит Тони Романо, сотрудник компании Sonrai Systems, занимающейся разработкой технологических решений в сфере автоматизированного управления службами и оборудованием утилизации и переработки отходов.

По словам Романо, управление переработкой отходов в настоящее время становится высокотехнологичным и осуществляется с помощью автоматизированного сбора даных об отходах, систем управления, сотовых беспроводных технологий, сетей Ethernet, модемов для передачи по коммутируемой линии и считывателей RFID. Он знает это, поскольку работает над продвижением концепций управления утилизацией отходов вместе с Крисом Флудом, основателем компании Sonrai.

Система слежения за отходами Trash Tracker компании Sonrai по информации компании iQuest (специализированной фирмы, занимающейся системной интеграцией и помогающей компании Sonrai объединить речевые информаторы, HMI компании Siemens, компьютеры компании Microbox и считыватели меток RFID) превращает обычные уплотнители мусора в интеллектуальные системы переработки отходов. Эти высокоавтоматизированные системы могут вести подсчет запасов, ограничивать кражи товаров, сортировать опасные материалы, запрашивать профилактическое техническое обслуживание и обеспечивать честность водителей мусоровозов.

Система слежения за отходами Trash Tracker включает SCADA-систему,ПЛК Siemens S7-200 и считыватели RFID.

ПЛК регистрирует время, дату и длительность открытия люка мусоропровода, загрузку и выгрузку материалов (если радиочастотные метки прикрепляются к коробкам или мешкам) и время забора и опустошения контейнера.

Это позволяет более эффективно выполнять работу с доступом к информации в реальном времени и к архивируемой информации.

Компании Siemens и iQuest поставили интегрированную систему с функцией удаленного доступа.

«С помощью браузера я могу увидеть, что контейнер в последний раз обслуживался в 9:52 утра 18 числа данного месяца, давление масла в гидравлическом насосе составляет 35 атмосфер и вес уплотнителя составляет 16 килограмм»,— говорит Романо, пролистывая перечень основных параметров на экране компьютера.

Окно программы связано с контроллером, работающим в системе слежения за отходами Trash Tracker заказчика. Программное обеспечение WinCC SCADA от Siemens помогает системе слежения за отходами Trash Tracker осуществлять удаленное управление, сетевую передачу данных и обслуживать парк уплотнителей по системе беспроводной связи, сети Ethernet и через модем.

Дистанционная интеграция

«Если компания Sonrai добавит в уплотнитель мусора речевой информатор или считыватель меток RFID и появится необходимость выполнить программирование этих новых устройств в системе управления, мы cможем сделать это, не покидая офис компании iQuest, – сообщает Боб Медс, президент отделения компании iQuest в Атланте.

Возможность удаленного программирования позволяет нам добиться большей производительности и гибкости, устраняя необходимость поездок в Чикаго при каждой необходимости внесения изменений или обновления конфигурации, – поясняет Медс. – Всякий раз, когда для модернизации или диагностики системы приходится пользоваться услугами авиа — или железнодорожного транспорта, это означает потерю времени».

Провайдеры промышленных технологий радиочастотных датчиков RFID утверждают, что из опыта многолетней эксплуатации надежные системы, аналогичные устройствам RFID компании Pepperl+Fuchs, обеспечивают преимущества в системах автоматизации, управления и КИП

Системы слежения за отходами Trash Trackers, оснащенные RFID, могут мгновенно определить, создает или нет помещенный в уплотнитель мусор проблемы либо трудности в работе.

Это особенно важно для госпиталей, которые подвергаются большим штрафам, если опасные медицинские отходы попадают в контейнеры для мусора, предназначенные для муниципальных полигонов отходов.

Считыватель RFID-меток Simatic RF600, установленный на мусоропроводе уплотнителя, считывает данные с упаковок с мусором (с метками) по мере их прохождения.

Данные от метки с названием «красный пакет с отходами» (госпитальные отходы) с помощью программного обеспечения считывания информации немедленно передаются в систему слежения за отходами Trash Tracker и выдают в ПЛК сигнал тревоги, который автоматически прекращает работу уплотнителя.

Широкая область применения RFID – от розничной торговли и движения товарных запасов до тяжелой промышленности – объясняет многообразие технических решений, имеющихся на рынке. Многие из данных систем претендуют на применимость в любой области. Ниже приводятся некоторые соображения по выбору поставщика средств промышленной автоматизации для технологий RFID .

Для замыкания контуров управления приемлемым на практике способом в широком многообразии прикладных систем используется автоматика; поставщики средств автоматики могут иметь достаточную широту взглядов и опыт, чтобы предложить наилучшую технологию для вашей системы, которая не обязательно будет использовать RFID. (Провайдеры, которые к тому же предлагают матрицы данных, печатные штрих-коды или иные технологии регистрации могут обеспечить лучшие результаты, чем только поставщики систем RFID).
Поставщики средств автоматики знают производственные условия, в которых другие изделия обеспечат менее точные результаты или будут иметь более короткий срок службы.
Тесная интеграция со средствами автоматики, органами управления и контрольно-испытательными приборами является особенностью многих компаний, использующих средства автоматизации, и выбирающих в связи с этим для поставки модульное и гибкое в использовании интегрированное оборудование, имеющее срок службы 15 лет или более.

«Радиочастотная идентификация представляет собой замечательную технологию, легко интегрируемую с системой SCADA для работы с базой данных и с ПЛК для осуществления управления», – сообщает Медс, подчеркивая роль системы WinCC в хранении архивов информации, считываемой с RFID, и уведомлении персонала госпиталей в случае нарушения правил работы с медицинскими отходами.

«Сообщение по электронной почте или звонок по мобильному телефону могут быть инициированы мгновенно, как только считыватель меток обнаружит проблему, а речевой информатор автоматически озвучит инструкции по извлечению пакета с медицинскими отходами из уплотнителя», – добавляет Романо.

«Такая же система слежения за отходами Trash Trackers, основанная на RFID, испытана в лаборатории Университета штата Арканзас.

Она используется крупным розничным магазином, торгующим по сниженным ценам, чтобы отслеживать крупные запасы товара, – говорит Романо.

– Перекрестные ссылки на количество исключенных из запаса коробок с RFID, соответствующее количеству проданного товара, предоставляют моментальную картину текущих запасов».

Уплотнители со считыванием RFID-меток также используются в качестве средства предотвращения краж, называемых «естественной убылью».

Когда работник отправляет коробку в уплотнитель, планируя тайно извлечь ее из мусора через несколько часов, ПЛК идентифицирует изделие, отмечает дату и время и уведомляет об этом руководство, одновременно обеспечивая выключение уплотнителя, чтобы не допустить повреждения похищенного товара.

Так как метки RFID часто встраиваются в важные документы, то считыватели также могут гарантировать целостность печатных данных, местонахождение документов и их уничтожение в бумагорезательных машинах (шредерах).

Устойчивые к нагреву метки RFID

Несмотря на то, что технология RFID может использоваться во многих областях производства, отдельные технологические процессы не допускают применения данной технологии.Ряд процессов и условий окружающей среды могут привести к разрушению компонентов, используемых для идентификации.

При внедрении новой RFID-системы слежения в производственный процесс автомобилестроительных компаний имеются специальные требования.

Заказчику необходимо, чтобы метки RFID устанавливались на направляющие, по которым автомобиль будет перемещаться вдоль всей производственной линии (см. фото).

Это позволит заказчику осуществлять считывание и запись (получение и хранение) данных о выпуске продукции в реальном времени, включая номер модели, цвет и специальное оборудование для отдельных машин.

Поэтому метки RFID в процессе производства должны выдерживать тяжелые условия, включая условия окраски при температуре до 210°C в течение до 30 минут. Большинство RFID не могут выдержать такой нагрев.

Для того, чтобы использовать RFID в таких приложениях, в компании Turck создали специальную метку, имеющую следующие характеристики:

Размеры. Цилиндрическая метка размером 22 на 135 мм обеспечивает надежное крепление к ранее спроектированным направляющим, позволяя осуществить модернизацию системы слежения без замены другого производственного оборудования.
Доступность данных. Высокотемпературные метки RFID могут немедленно считывать и осуществлять запись данных после выхода из цеха окраски, и могут непосредственно опрыскиваться краской без нарушения их работоспособности в течение оставшегося времени цикла производства.
Сохранение данных и повторное использование устройств. В конце цикла производства из идентифицирующих устройств считываются данные, а само устройство остается на направляющих для использования при производстве следующего автомобиля.

Управление активами компании Lyondell

Компания Lyondell Chemical со штаб-квартирой в г. Хьюстон, шт.

Техас, нашла способ сбора, отслеживания и объединения эксплуатационных данных с данными из других источников для интеллектуального управления активами в процессе модернизации олефинового завода в г. Корпус-Кристи, шт.

Техас. Lyondell позиционирует себя как одну из самых крупных мировых компаний в химической промышленности с активами приблизительно в 18 млрд. долл.

Цели проекта:

Замена существующих считывающих устройств, работающих с бумажными носителями, новыми электронными таблицами на всех пяти заводских площадках;
Добавление статических данных с участков в существующие динамические таблицы, содержащие оперативную информацию с распределенной системы управления (DCS);
Обеспечение внешних технологических процедур (при необходимости);
Создание справочных страниц с инструкциями для оператора;
Установка меток RFID на все основные компоненты оборудования.

Для сбора эксплуатационных данных и интеллектуального управления активами компания Lyondell внедрила систему IntelaTrac PKS компании Honeywell, позволяющую пользователям объединять эксплуатационные данные с данными,получаемыми из других источников, например, с производства, от систем управления технологическими процессами и систем управления предприятием. Интегрированные мобильные аппаратные и инструментальные программные средства предоставили операторам возможность точной регистрации, сбора, анализа и использования оперативных данных,получаемых при помощи промышленных компьютеров, меток RFID и иных периферийных устройств, например, тепловых пушек, датчиков вибрации и устройств неразрушающего контроля.

Сенсационная информация! Компания Turck демонстрирует, как радиочастотная метка, встроенная в направляющие (раму), перемещающие корпус автомобиля в процессе производства, выдерживает температуру 410OF в течение 30 минут в камере для покраски

Компания Lyondell улучшила мониторинг режимов технологического процесса с помощью данных, получаемых от приборов локальной системы управления. Это обеспечивает поддержку рабочих операций в нужное время и в нужном месте.

Новая система также объединяет эксплуатационные данные с данными от множества источников, включая системы управления производством и технологическим процессом, обеспечивая упреждающие решения и улучшенную целостность данных, загружаемых в полевых условиях.

И, наконец, идентификация помогает записать требующие немедленной обработки данные с отметками даты и времени для достижения более высокой точности. Время оценки данных было уменьшено с 4 часов до 20 минут.

Сопутствующая экономия производственных расходов за счет повышения эффективности печи составила 1 млн. долл.

Переносные контрольноизмерительные приборы и устройства человеко-машинного интерфейса, такие как данное устройство Intela Trac PKS компании Honeywell, помогли улучшить сбор и анализ внешних данных компании Lydell Chemical Co с помощью RFID

Распределенная интеграция

В соответствии с концепцией компании Pe-pperl+Fuchs важными критериями при разработке систем RFID являются возможность их многоцелевого использования и длительный срок работы.

В компании P+F сообщают, что ее система Ident Control поддерживает открытые промышленные стандарты связи и имеет интерфейсный модуль, позволяющий внедрять любую доступную технологию, основанную на применении RFID, без доработки программного обеспечения системы управления на уровне пользователя.

Для систем с полузамкнутыми и разомкнутыми контурами управления в процесс слежения интегрируются ручные считыватели.

В P+F утверждают, что метки RFID подходят для применения в жестких условиях, например, в автомобильной промышленности (см. фото).

Данные с метки, установленной на капоте автомобиля, считываются и записываются в считыватель, расположенный вблизи сборочной линии, и отображаются на проекционном компьютерном экране.

Использование диапазона ISM (для промышленного, научного и медицинского оборудования) на частоте 2,45 ГГц позволяет применять метки RFID по всему миру без лицензии, при этом они имеют области считывания без «мертвых» зон.

Установка в цехе аппаратуры RFID снижает расходы и позволяет обслуживающему персоналу использовать в интерфейсе систем RFID средства диагностики (светодиодные индикаторы, ЖК-дисплеи и функциональные клавиатуры), – сообщают в P+F.

Проверка изделий и безопасность

Использование некондиционных запасных частей в производстве остается сложной проблемой.

Для решения данной проблемы метки RFID встраиваются в элементы машин или в расходуемые промышленные изделия, чтобы обеспечить их надлежащее использование и потенциально повысить безопасность систем, – сообщает Марти Пэйн, представитель компании SkyeTek, провайдера систем для компаний, осуществляющих поиск оптимального применения RFID в производственных линиях или при выполнении иных задач.

«Контрафактные изделия ежегодно наносят производителю ущерб в миллиарды долларов, в то время как встроенные RFID обеспечивают простое решение этой распространенной проблемы, – отмечает Пэйн. – Путем автоматизации промышленных процессов RFID обеспечивают экономичное решение проблемы с подделками, а также проблем, связанных с неправомочным использованием непатентованных изделий и суррогатов».

Пэйн также сообщает, что в таких отраслях, как производство оборудования и механизмов, радиочастотная идентификация обеспечивает защиту репутации производителей и исключает прибыли фальсификаторов.

«Производитель, тип и время выпуска детали или расходуемого изделия имеют весьма большое значение для обеспечения надежности и производительности установки.

Таким образом, если используются несоответствующие запасные части или расходные материалы, то это, скорее всего, отрицательно повлияет на репутацию марки производителя и лояльность заказчиков».

«В равной степени важно, – поясняет Пэйн, что RFID защищают рентабельность вложений в расходуемые изделия.

Встроенные RFID, как правило, стоят от 10 до 30 центов и кодируются по «цифровому отпечатку пальца», используют новейшие средства криптографии и уникально идентифицируют изделие или расходные материалы», – сообщает он. Внедрение такой технологии предотвращает использование неразрешенных расходных материалов.

Источник: http://controlengrussia.com/promy-shlenny-e-seti/radiochastotnaja-identifikacija-v-promyshlennosti/