I risparmi sui costi sono uno dei vantaggi citati spesso per l'uso di reti wireless negli ambienti industriali. È possibile eliminare rapidamente i fili, le canaline e i cavi armati, insieme ai costi dei sistemi I/O e di ingegneria associati: i costi delle misure incrementali di processo si riducono drasticamente a fattore pari a 10. Tuttavia, per un numero crescente di importanti industrie di processo, i risparmi sui costi non sono il fattore primario per adottare reti wireless. La motivazione principale è invece la semplicità. Infatti, tutte le reti wireless da campo sono più facili e meno costose da installare rispetto ai sistemi cablati tradizionali, semplicemente perché sono senza cavi. Ma a differenza delle soluzioni wireless con campo visibile o punto-punto, le reti wireless auto-organizzanti come quelle basate sullo standard WirelessHart non richiedono sopralluoghi scrupolosi o apparecchiature specializzate per la loro implementazione. Con una nuova generazione di strumenti di pianificazione e gestione è più facile che mai assicurare che la prima installazione wireless funzioni in modo ottimale fin dall'inizio.
Definire l'applicazione nell'impianto
Nella pianificazione della prima rete auto-organizzante WirelessHart è consigliabile concentrarsi su un'area logica dell'impianto o su una singola unità di processo, come un'area di stoccaggio o un'unità di distillazione. Questo modo di procedere offre tre vantaggi principali. In primo luogo, garantisce che tutti i dispositivi wireless si trovino ad una distanza di segnale ragionevole gli uni rispetto agli altri, poiché saranno posizionati in un'area relativamente limitata. In secondo luogo, con numerosi dispositivi collocati nella stessa area, sono disponibili più percorsi di comunicazione per l'invio dei messaggi in modo da aggirare ostacoli o altre interferenze. Infine, è più facile integrare i dati nei sistemi informativi se tutte le sorgenti di dati seguono la stessa struttura organizzativa, che in molti stabilimenti è basata sulle unità di processo. Se un'unità di processo ha una struttura complessa, ad esempio uno stabilimento produttivo chiuso disposto su più piani, la soluzione ottimale è una rete wireless per ogni piano. Per stabilimenti di processo con numerose separazioni in acciaio e cemento, potrebbe essere preferibile trattare ogni grande locale chiuso come un'unità di processo.
Pianificare i luoghi e convalidare il progetto
L'impiego di dispositivi wireless come i router in una rete auto-organizzante richiede che vi siano un numero sufficiente di dispositivi ubicati in prossimità per supportare percorsi di comunicazione affidabili. Il passo iniziale da compiere nella pianificazione della prima rete wireless è ottenere o creare un disegno in scala dell'unità di processo o dell'area dove sarà installata la rete. Nel caso di un'installazione all'aperto, possono essere utilizzate le immagini disponibili su Google Earth per creare un disegno. All'interno dell'area definita, occorre poi identificare i punti di misura che soddisfano le esigenze delle applicazioni attuali e future. Una volta completato il disegno in scala, si può procedere in due modi: il posizionamento dei dispositivi wireless può essere pianificato manualmente e la prevista affidabilità della comunicazione della rete può essere misurata secondo alcune linee guida come quelle elencate nel riquadro laterale 'Regole pratiche per la pianificazione manuale di una rete'.
Dopo aver designato e convalidato le posizioni dei dispositivi, è necessario scegliere un luogo per il gateway wireless con accesso all'alimentazione, che sia pratico per il collegamento fisico, o possibilmente wireless, al sistema di controllo host o al sistema informativo e dove, idealmente, sia possibile un collegamento wireless diretto (senza hop) al 25% dei dispositivi wireless della rete. Persino le reti più piccole dispongono di almeno due dispositivi che comunicano direttamente con il gateway. Per le reti di grandi dimensioni, una buona regola pratica è avere un dispositivo aggiuntivo collegato direttamente al gateway per ogni otto dispositivi sulla rete.
Per primo arriva il gateway
È necessario seguire due regole fondamentali durante l'installazione della prima rete auto-organizzante: per prima cosa bisogna installare e avviare il gateway e poi i dispositivi wireless più vicini al gateway. Per un segnale di elevata qualità è bene installare il gateway all'aperto (minimo valore nominale della Classe I Div II o Zona 2) ad almeno 1 m al di sopra di altre strutture con tetto, ad esempio sopra il tetto di una sala controllo. Se il montaggio all'aperto non è possibile, è consigliabile collegare il gateway ad una antenna omnidirezionale usando un cavo dalla lunghezza massima di 6 m.
Una volta che il gateway è operativo, si può procedere con i dispositivi da campo che sono più vicini al gateway. La maggior parte dei dispositivi WirelessHart sono dotati di connessioni al processo e montaggio progettati per le stesse pratiche e sistemi che regolano le strumentazioni cablate odierne, ad eccezione del cablaggio del circuito. Quando i primi dispositivi sono in funzione, si può essere certi che si è stabilito un percorso di comunicazione affidabile per gli altri dispositivi e si dispone di una solida base per l'espansione della rete. Si possono usare ripetitori per rafforzare temporaneamente la rete fino a che non sono installati tutti i dispositivi o finché la rete non circonda completamente l'intera unità di processo.
Rafforzamento ed espansione
Dopo aver verificato che ogni dispositivo sia connesso alla rete e comunichi in modo corretto, è necessario identificare eventuali punti critici in cui i messaggi, provenienti da numerosi dispositivi wireless, sono costretti a passare attraverso un solo dispositivo o ripetitore nel loro percorso verso il gateway. È possibile servirsi di ulteriori ripetitori o dispositivi di misura per eliminare questi punti critici. In linea generale, i dispositivi wireless sulla rete auto-organizzante disporranno di buoni collegamenti se sono soddisfatti alcuni criteri: almeno il 99% dei messaggi inviati da ogni dispositivo raggiunge il gateway assegnato; almeno il 70% delle trasmissioni tra due nodi (un hop) riesce con successo; le batterie del dispositivo hanno la durata prevista; la forza del segnale radio nella diagnostica del gateway è buona. Quest'ultimo aspetto può trarre in inganno se valutato da solo (la trasmissione di segnali deboli può comunque riuscire se il percorso è stabile), ma quando si verifica un problema può servire per identificarne le cause. Quando si vogliono aggiungere dispositivi alla prima rete auto-organizzante WirelessHart, in generale è bene tenere presente che le maggiori dimensioni della rete costituiscono un vantaggio. Infatti, maggiori sono i nodi nella rete, più facile risulta l'espansione.
Regole pratiche per la pianificazione manuale di una rete
Sebbene siano disponibili una nuova serie di tool automatici per semplificare la progettazione di una rete wireless, è anche possibile servirsi di regole pratiche per un approccio manuale. A partire da un disegno in scala dell'unità di processo o dell'area interessata, si possono tracciare linee di connessione tra ogni dispositivo wireless previsto e i dispositivi wireless vicini, in modo da soddisfare tre criteri: la distanza tra i dispositivi wireless senza ostacoli deve essere inferiore a 230 m; la distanza tra i dispositivi wireless in presenza di infrastrutture a bassa densità deve essere inferiore a 75 m (le infrastrutture a bassa densità sono normalmente in grado di supportare il traffico di veicoli); la distanza tra i dispositivi wireless in presenza di infrastrutture ad alta densità deve essere inferiore a 30 m; le infrastrutture ad alta densità non sono normalmente in grado di supportare il traffico di veicoli.
La migliore prassi nella fase di progettazione è collegare ogni dispositivo wireless ad altri tre dispositivi wireless, anche se le distanze di collegamento wireless possono variare per direzione. Avere a disposizione tre collegamenti nella fase di progettazione assicura che ogni dispositivo abbia due collegamenti alternativi dopo l'installazione. Se un dispositivo wireless non dispone di tre collegamenti durante la fase di progettazione, si consiglia di aggiungere altri punti di misura o di usare un amplificatore per rafforzare la connettività. Non ci devono essere linee di connessione tra dispositivi wireless quando il percorso tra dispositivi attraversa un grosso ostacolo, come una grande costruzione o un'intera unità di processo (in tali circostanze è probabilmente meglio aggiungere un altro gateway), oppure quando un dispositivo è posto in un'area chiusa, come una sala apparecchiature, dove è isolato dagli altri dispositivi wireless; in questo caso è suggeribile usare controlli elettronici remoti per spostare l'antenna fuori dall'area chiusa o aggiungere un ripetitore immediatamente al di fuori di tale area.
