TEKNİK YAZI

AS/RS ve AGV Sistemlerinde Kablosuz Ağ Kurulumu İçin Uzman Önerileri

Modern fabrikaların üretim verimliliği ve güvenilirliğini en üste çekebilmek için tesislerinde AS/RS (Otomatik Depolama ve Boşaltma Sistemleri) ve AGV (Otomatik Yönlendirmeli Araçlar) sistemleri kullanması, tüm dünyada gittikçe daha da yaygınlaşıyor.  Bu durum ise, üretim ortamları ve tesislerdeki endüstriyel trafikte artışla sonuçlanıyor. AS/RS ve AGV sistemlerini ve benzeri hareketli donanımları denetleyip kontrol edebilmek için, bu tesislerdeki kontrol merkezlerinin donanım ve araçlarla arasında kesintisiz bir bağlantı olması gerekiyor. Bu nedenle yalnız istikrarlı değil, aynı zamanda ortamdaki endüstriyel araç sayısının ve görev hızının yüksek olduğu tesisler için de optimize edilmiş bir kablosuz ağ kurulmasına ihtiyaç duyuluyor. Dolayısıyla fabrika işletmecileri yeterli kapsama alanına sahip, en az çabayla yönetilebilecek ve güvenilir kablosuz bağlantı sağlayan bir kablosuz haberleşme sistemi kurmanın zorluklarıyla başa çıkmanın yollarını arıyor. Bu yazı, AS/RS ve AGV sistemleri için kablosuz ağ oluşturmanın püf noktalarını inceliyor.

Bunları söylemişken, her üretim ortamının farklı tasarımı olduğunu, dolayısıyla da kendine has zorluklar ortaya koyabileceğini belirtmeden geçemeyiz. Bu nedenle bu yazı, AS/RS ve AGV sistemlerinde kablosuz ağ kurulumu için genel bir rehber görevi görmek üzere hazırlanmıştır, tesise özel profesyonel bir danışmanlık hizmetinin yerini tabii ki tutamayacaktır.

Doğru Kablosuz Teknolojinin Seçimi

Görevlerini verimli biçimde yerine getirebilmeleri için AS/RS ve AGV gibi otomatik sistemler fabrikada belirlenmiş rotalarında engelsiz hareket edebilmeli, aynı zamanda kablosuz bir ağ üzerinden kontrol merkeziyle sürekli iletişim halinde olabilmelidir. Bunun yanı sıra kontrol merkezinin AS/RS ve AGV sistemlerini denetleyip kontrol edebilmek için güvenilir bir kablosuz ağa, ağın da bu sistemlere veri ve komut gönderebilmek ve gecikmesiz olarak veri alabilmek için yeterli bant genişliğine ihtiyacı vardır. Gönderilecek veriler, bu sistemlerde kurulu IP kameralardan alınan canlı video kayıtlarını da içerir. Peki, AS/RS ve AGV sistemlerine en uygun kablosuz teknolojiyi nasıl seçebiliriz? Aşağıdaki tablo, günümüzde mevcut kablosuz teknolojilerin bir karşılaştırmasını gösteriyor:

 

İşletim ortamını hesaba katmaksızın tabloya kısa bir göz atarak AS/RS ve AGV sistemleri için WLAN teknolojisi ideal çözüm olacaktır diyebiliriz. Bunun temel nedeni, tipik bir depo kurulumunda koridorların, üzerinde sürekli mal depolamak veya almak için hareket halinde araçların bulunduğu birkaç yüz metreye yayılabilmesidir. Bu senaryoda WPAN teknolojisi yeterli kapsamayı sağlayamayacak ve spektrum kullanımındaki kısıdı nedeniyle (yalnızca 2.4 GHz kullanabilir) enterferans dezavantajı olacaktır. WWAN’ın ise daha iyi bir kapsama alanı sunmasına karşın işletim masrafları çok yüksektir: Her bir kablosuz düğüm bir abonelik gerektirir, bu da masrafların zaman içerisinde çok birikmesine neden olur.

WLAN’ın Getirdiği Zorluklar

WLAN teknolojisi de, fabrika ortamında güvenilir bir haberleşme altyapısı sağlamaya yönelik, AS/RS ve AGV sistemlerini kontrol etmek için bir köprü oluşturmada kullanıldığında bazı zorluklar getirebilir. Aşağıdakiler, bu zorlukların başında gelir:
1. Kablosuz çözümü planlayarak devreye almak
2. Sürekli hareket halindeki uygulamalar için haberleşmede güvenilirliği en üste çıkarmak
3. Zorlu ortam koşullarıyla başa çıkmak

Bu zorlukları dikkate almak, gelecekte AS/RS ve AGV sistemleriniz çalışır durumdayken sorun gidermeye harcayacağınız zamandan oldukça tasarruf etmenizi sağlar.

1. Kablosuz Çözümünüzü Devreye Almadan Önce Planlayın

Tesise erişim noktaları (access point, AP) kurmaya başlamadan önce, istenen kablosuz ağı dikkatlice tasarlamak gerekir. Çoğu zaman operatörler planlama olmadan kuruluma başlama hatasına düşüyor, donanımın yanlış kurulduğunu çok geç fark ediyorlar. Plansız bir ağda sıkça karşılaşılan problemler arasında AP’lerin yeterli kapsamayı sağlayabilecek şekilde konumlandırılmamaları, yanlış tip anten kullanılması ve kanallardaki enterferans sıkıntısının yeterince giderilememesi bulunuyor. Kablosuz bağlantı görünmez olduğu ve bir frekans spektrumu yoluyla çalıştığı için, radyo frekans spektrumu analizinin doğru yapılması büyük önem taşır. Bu analizin doğru yapılması, kablosuz haberleşmenin nispeten temiz bir ortamda ve yeterli sinyal kapsama alanıyla gerçekleşeceğini güvenceye alır.

Günümüzde böyle bir planlama ve analizi yapmada (“site survey” veya saha incelemesi de denebilir) kullanılabilecek birçok araç var. Popüler Wi-Fi planlama ve saha inceleme yazılımlarından biri, Ekahau’dur (https://www.ekahau.com/). Ekahau gibi araçlar, Wi-Fi tasarım döngüsü için gerekli süreyi azaltmanıza ve daha doğru bir simülasyon elde etmenize yardımcı olur. Araç bir ağ modelini simüle etmek için fabrikanın kat planı, alandaki engeller, kullanım sıklığı, kablosuz cihaz türü gibi bilgileri kullanır. Bu modeli sinyal kapsama alanı için ısı haritaları oluşturmada kullanabilir, en iyi kapsama alanı için AP’leri nereye konumlandırmanız gerektiğine karar vermede yararlanabilirsiniz.

2. Ağ Planınızı Doğrulayın

Planlama tamamlandıktan sonraki adım, tasarımı doğrulamak için kablosuz donanımları kullanmaktır. Ağ planınızı denemek için küçük bir alandan başlayın. Çeşitli Wi-Fi noktalarını takip ederek kapsama alanının gerçek profilini çıkarmak için alanda kablosuz paket dinleyiciler (wireless sniffer) kullanabilirsiniz. Çoğu zaman bir saha incelemesi sonrasında ağ tasarımının tekrar iyileştirilmesi gerekecektir.
Sinyal kapsama alanının bir başka kritik bileşeni ise antendir. Doğru anteni seçmek ve anteni doğru montaj açısıyla kurmak, hareketli araçların yolunda kör nokta olmadığından emin olmanın temel yoludur. Böylece haberleşme kesintileri en aza indirilebilir.

3. Antenleri Doğru Yerleştirin

AP’ler ve AGV gibi hareketli araçların üzerine kurulan istemciler (client) için doğru anten türünü seçmek, stabil Wi-Fi ağları kurmanın temel unsurlarından biridir. Öncelikle AP’ler için anten seçiminde nelere dikkat etmek gerekir, bir bakalım: Mevcut bir ağda kurulu AP’lerde kullanılan anten türü ve yönünü değiştirmek her zaman mümkün olmayabilir. Ancak yeni cihazlar ve antenler kurulurken tesisin farklı alanları için farklı tür anten tercih etmek önemlidir. Anten kurulurken dikkat edilmesi gereken temel kural, ister raf sistemi, ister hareketli aracın rotası olsun, güvenilir haberleşmeyi güvenceye almak için yeterli kapsama alanı sağlamaktır.  Böylece alıcı ve verici antenlerin yayılım alanları her zaman örtüşebilir. Örneğin;

a. Zemin seviyesinde çalışan AGV’lerin bulunduğu bir açık alan

Bu durumda AGV’ler, diğer makinaların sinyalleri engelleyecek potansiyel yapılar oluşturduğu yatay bir düzlemde hareket eder. Bu senaryoda ihtiyaç duyulan kapsama alanını sağlamak için ideal seçim, tavana monte edilecek bir antendir. Tavana monte edilebilir anten, yukarıdan geniş bir kapsama alanı sağlayabilecek aşağıya doğru çok yönlü bir yayılım sağlar. Kapsama alanı yukarıdan sağlandığından, zemin seviyesindeki yapılar tarafından engellenme ihtimali düşüktür. Antenlerin tavana montajı mümkün değilse, bir başka alternatif de daha geniş (>30⁰) yayılım açısına sahip panel antenleri, hafif aşağı bakar biçimde kullanarak kapsama alanını en üst düzeye çıkarmaktır. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

b. Depolama raflarında yatay düzlem

Burada hedef, yatay kapsama alanını en geniş tutarak AS/RS sisteminde yatay düzlemde hareket eden istemci konumundaki shuttle’ların her zaman Wi-Fi’a erişebilmesini sağlamaktır. Yukarıdan gelen sinyali engelleyecek çok sayıda raf blokları bulunduğundan, bu durumda tavana monte antenler iyi bir seçim olmaz. Dolayısıyla, sinyalin rafların yan tarafından gelmesi gerekir. Bu durumda genellikle dipol çok yönlü (omni-directional) antenler tercih edilir. Geniş yayılım açısına sahip 360 derecelik bir yatay kapsama alanı sağlamak, bu senaryo için ideal çözümdür. Tek bir dipol anteni, çok sayıda raf düzeyini kapsayabilir. Eğer araç raf boyunca dikey bir düzlemde hareket ediyorsa, farklı bir yönde ayarlı çok yönlü anten konularak da ihtiyaç karşılanabilir.

Araçlar raflar boyunca dikey bir düzlemde hareket ediyor.

Araçlar raflar boyunca yatay bir düzlemde hareket ediyor.

 

c. Raf koridorları boyunca düz hatlar

Malzeme taşıyan robotlar, raflar arasında farklı koridorlar boyunca yerleştirilmiş bir ray hattı üzerinde ilerleyebilir. Bu durumda çok yönlü bir anten kullanmak, depolanan malzeme sinyali engelleyebileceği için doğru çözüm olmayabilir. Koridorlara doğru aşağıya işaret eden panel antenler, her hat için kapsama alanı sağlamada kullanılabilir. Ayrıca eğer depo alanı, bir tarafındaki yönlü antenin yeterli kapsama alanı sağlayamayacağı büyüklükteyse, bu durumda diğer uca bir panel anten daha konarak sinyal güçlendirilebilir.

Yukarıdaki örnekler yaygın kullanılan bazı AGV ve AS/RS yapılarını kapsıyor, fakat burada bahsedilmeyen farklı özellikteki yapılarla da karşılaşılabilir.

Antenlerden araçlara geçmeden önce, önemli bir Wi-Fi tekniğinden bahsetmeden geçmeyelim: MIMO (multiple input multiple output) kullanımı. MIMO’yu etkinleştirmek için antene sinyal vericilerden çok sayıda input bağlamak faydalıdır, çok yollu haberleşme sırasında bozulan sinyallerin etkisini azaltarak sinyal kalitesini yükseltir.
Araçlar üzerindeki antenler yer kısıtı nedeniyle küçük, ancak her yöndeki AP’lerden sinyal alabilecek kapsama alanını sağlayacak kadar da güçlü olmalıdır. Öte yandan kullanılan anten türünü kısıtlayan unsurlardan biri de, AGV tasarımıdır:


Doğru tür anten seçmenin yanı sıra, istemcilerin verici gücünü, tam kapsama alanı sağlayacak şekilde ayarlamak da önemlidir. Herhangi bir zayıf alan veya sinyal yoğunluğu olmadığını kontrol etmek gerekir. AP’ler arasındaki sinyal kapsama alanları tam örtüşmeli, böylece haberleşme performansı olabildiğince kararlı devam etmelidir.
 

4. Hareketlilik Koşulları için Haberleşmenin Güvenilirliğini En Üste Çekin

Kablosuz haberleşme altyapısının kurulumu tamamlandıktan sonra, haberleşme güvenilirliğini en üste çekmek ve AGV’ler üzerindeki istemcilerin AP’ler arasında en az veri kaybıyla dolaşım yapabileceğini garantilemek için istemcide tekrar bir ince ayar yapmak gereklidir. AGV’lerde yaşanacak bir haberleşme kesintisi veri kaybıyla, ve bunu takiben sistemde duruşla sonuçlanabilir.

Ağ optimizasyonu, istemci parametrelerinin ince ayarını kapsar. Ayarlanabilecek temel unsurlar, iletim gücü ve MIMO antenidir. Bir başka önemli parametre ise kanal ayarıdır. İstemci kanalı, istemcilerin veri gönderip almada kullanacağı frekansı belirler. “Temiz” bir kanal, kesintisiz haberleşmeye olanak tanır, kalabalık bir kanal ise veri hacmi ve yoğunluk nedeniyle veri kaybına neden olur. Saha incelemesi bu yüzden de önemlidir, doğru yapıldığı takdirde kanal enterferansını ve konumda kullanılması gereken doğru frekansı tespit etmenizi kolaylaştırır.

Belirli bir konumda çok sayıda “temiz” kanal bulmak her zaman mümkün olmaz. Buna ek olarak, yan yana aynı kanal kullanımı, ortak kanal girişimiyle sonuçlanır. Burada en iyisi çok sayıda frekans kanalı planlamak, böylece kanal kullanılabilirliğini artırırken aynı zamanda ortak kanal girişiminden de kaçınmaktır. Frekans kanalları, farklı ülkelerdeki frekans düzenlemelerine uygun olmalıdır. Bazı kanallar (iç mekan veya dış mekan kullanımına göre) farklı iletim güçlerine izin verirken, bazı kanalların ise ek düzenlemelere uyması gereklidir. Örneğin DFS (Dynamic Frequency Shift), bir kanalda radar sinyali tespit edilmesi durumunda kanal değişikliği yapmaya zorlar. Bu nedenle de bir kanal planını kesinleştirmeden önce, ülkedeki frekans kullanımına dair düzenlemeleri kontrol etmeniz gereklidir. Türkiye’de Milli Frekans Planı, Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTK) tarafından düzenlenmektedir.

Temel istemci ayarlarının yanı sıra, istemcilerin AP’ler arasında sorunsuz biçimde dolaşım sağlayabilmesi için hızlı dolaşım desteklemesi gereklidir. Moxa’nın istemci birimleri AWK’larda bu özelliğe Turbo Roaming adı verilir. En yüksek veri güvenilirliği elde edebilmek için Turbo Roaming’in etkinleştirilerek sinyal kapsama gücüne göre yapılandırılması gerekir. Turbo Roaming istemcinin sinyal erişiminin AP’ler arasında devrinin birkaç milisaniyede gerçekleştirilmesini sağlar. Buna ek olarak doğru zamanda dolaşımı tetikler: Genel itibariyle sinyal iyi bir veri hacmi performansı elde edebilmek için gereken seviyenin altına düşmeden, diğer AP’ye geçiş sağlanır.

 
Bunun için, kullanıcının istemcide ne zaman bir sonraki AP’yi aramaya başlayacağını ayarlamasını sağlayan “Roaming threshold” (dolaşım eşiği) gibi dolaşım parametreleri kullanılır. “Roaming difference” (dolaşım farkı) ayarı ise, bir sonraki AP için sinyal düzeyinin en az ne olması gerektiği koşulunu kullanıcının belirleyebilmesini sağlar. Bu parametreleri ayarlamak ve belirli bir düzeyde tutmak, istemcinin spektrum değişikliklerinin farkında olmasını ve aktif olarak bağlanacak daha iyi bir AP aramaya devam etmesini güvenceye alır.

 

5. Zorlu Ortam Koşullarının Etkisini Göz Önünde Bulundurun

Resim

Bir kablosuz haberleşme sisteminin en iyi şekilde işleyebilmesi için çalışma ortamının sisteme etkilerini azaltmanız ve donanımların elektriksel parçalarının enterferans olmadan çalışabildiğinden emin olmanız gerekir. Örneğin bazı AGV’ler, soğuk depolama alanları gibi elektriksel donanımların sıfırın altında sıcaklıklarda çalışabilmesini gerektiren, zorlu ortam koşullarına sahip yerlerde kullanılabilir. Bir başka olası çevresel tehlike ise, AGV’lerin üzerindeki güç motorlarının stabil çalışmasıdır. AGV’ler üzerindeki güç kaynakları her zaman istemcilere en iyi topraklama hattına sahip sabit bir akım gönderemeyebilir. Dolayısıyla güç girişlerinde, ve elektriksel girişim istemcilere zarar verebileceğinden bazen anten girişlerinde de izolasyonla koruma sağlamak önemlidir. İdeal bir senaryoda istemcilerin kendisinin de tek başına bu tür engellere dayanabilecek kadar sağlam olması gerekir.

Titreşim, toz ve nem gibi diğer çevresel koşullar da Wi-Fi cihazları ve ağlarının performansını etkileyebilir.

Özetle, fabrika ortamında veya otomatik sisteme sahip depolarda kablosuz haberleşme ağı kurmak kolay bir iş değildir, RF alanında uzmanlık ve biraz da IT bilgisi gerektirir. Ancak, temel kablosuz haberleşme prensiplerini ve en çok karşılaşılan zorlukları anlamak da kurulumda başarı elde etmede büyük fayda sağlayacaktır. Kullanımı ve kurulumu kolay istemci ekipmanları sunmayı hedef belirleyen Moxa, ürünleriyle AS/RS ve AGV sistemleri için verimli kablosuz ağlar kurmanıza yardımcı olur.

Moxa Çözümleri


AWK Serisi AP/bridge/client çözümleri, AS/RS ve AGV sistemlerinde güvenilir kablosuz çözümler geliştirmenize yardımcı olmak için aşağıdaki özellikleri sunuyor:

  • Cihazlarda istemci-yönlendirici (client-router) modu ile ağ kurulumunu sadeleştirme
  • Mevcut 3. parti AP’lerle uyumlu çalışabilme
  • Gürültüsüz Wi-Fi kanalları için 5 GHz DFS desteği
  • Geniş alanda Wi-Fi kapsaması için 802.11n 2×2 MIMO teknolojisi
  • 300 Mbps’e ulaşan veri oranları
  • Turbo Roaming teknolojisiyle 150 ms istemci yük devri
  • -40 ila 75°C çalışma sıcaklık aralığı
  • AGV ve AS/RS uygulamalarına yönelik çok yönlü, çatı üstü, manyetik tabanlı ve panel anten gibi çok çeşitli anten seçenekleri

Moxa’nın AS/RS ve AGV için geliştirdiği Wi-Fi çözümleri, Türkiye de dahil birçok ülkede başarıyla uygulanıyor. GSL Mühendislik, bu alandaki çözümleri Türkiye’nin önde gelen beyaz eşya üreticilerinin fabrikalarında test ederek kurulumunu gerçekleştirmiş bulunuyor. Bu tür uygulamalarınızda danışmanlık dahil her türlü destek için bize hemen ulaşabilirsiniz.

Kaynak:
Chuko, C. (2017) “Tips for Deploying Wireless Networks for AS/RS and AGV Systems”, Moxa Inc.
BTK, “Milli Frekans Planı ve Diğer Planlar”

Öne Çıkan Ürünler

Endüstriyel 8-Port Akıllı Ethernet Switch

  • Kısıtlı alanlara sığabilmesi için kompakt kasa tasarımı
  • Otomasyon HMI/SCADA sistemlerinde kolay entegrasyon ve denetim için EtherNet/IP, PROFINET ve Modbus TCP endüstriyel protokol desteği

Endüstriyel Kablosuz Client

  • Kısıtlı alanlara sığabilmesi için kompakt kasa tasarımı
  • Otomasyon HMI/SCADA sistemlerinde kolay entegrasyon ve denetim için EtherNet/IP, PROFINET ve Modbus TCP endüstriyel protokol desteği

Endüstriyel Kablosuz AP/Bridge/Client

  • IEEE 802.11a/b/g/n AP/bridge/client desteği
  • Easy setup and deployment with AeroMag sayesinde kolay kurulum ve konumlandırma
  • İstemci tabanlı, milisaniye düzeyinde Turbo Roaming