Оглавление

1. Введение

2. Wi-Fi и размер бизнеса

   2.1для малого бизнеса

   2.2для среднего

   2.3дляenterprise

3. Сценарии примененияWi-Fiв сферах бизнеса

   3.1 Wi-Fiна заводе

   3.2Умный ритейл.Wi-Fiв магазины и ТРЦ.

   -Сеть магазинов

   -МаркетингТРЦ

   3.3Wi-Fiв отеле, ресторане, кафе.

   3.4Wi-Fiвбанках

   3.5Wi-Fiна складе

4. Заключение

Введение

В прошлойстатьерассказ шел о технологиях и инструментах, которые внедряют вWi-Fi. Часть 2 будет о типовых сценариях внедрения. Если лень читать- проматывай(ссылка на ту же статью в блог)вниз, там будет калькулятор. Калькулятор учитывает вендора, количество точек доступа и дополнительный функционал.

Сразу оговорюсь, статья будет не только оWi-Fi6в вакууме. В каждом кейсе будет примеси других технологийи оборудования. Все статьи я составлял с помощью решений отCiscoи Aruba/Huaweiкакальтернатива.Но это не значит, что мы не найдем аналогов наZyxel.

Начнем с решений в зависимости от масштаба бизнеса. Каждый класс предприятий имеет свой подходк построение беспроводной сети.

Wi-Fi и размер бизнеса

Малый бизнес

В малом бизнесе требования к WI-Fiсетям минимальные. В офисе на20-30человек хватит1-2точек доступа.Контроллер не нужен, либо им может стать точка доступа.Если в офис приходят посетители, стоит позаботиться о гостевом доступе.Возможна интеграция склада и терминалов сбора данных через беспроводноесоединение.Кибербезопасность ограничивается антивирусами на конечном устройстве и двухфакторной аутентификацией(CiscoDuo).

Средний бизнес

Схема беспроводной сети в средней компании уже включает в себя контроллер. Контроллер управляет подключенными точками доступа. В компаниях с виртуализацией контроллер может устанавливаться на виртуальную машину.

Еще всреднем бизнесе появляется понятие кибербезопасности. Дополнительно к аутентификации добавляется межсетевой экран для анализа вирусов в трафике.В теории каждый узел может быть защищен.Вопрос: стоит ли объект защитыпотраченныхсредств.

В офисе любого размера есть потребность в мобильных сотрудниках.Удаленкаэкономит деньги на аренду и содержания офиса. Командировки помогают вести проект и разговаривать с сотрудниками на месте. Выезды к заказчику приближают его к покупке.Чтобы безопасно подключаться к инфраструктуре нуженбезопасный канал.CiscoAnyConnectего предоставляет.

Типовой дизайн:

Требуется подключенияWi-Fiи сетевых служб в офисе под ключ. В офисе должны быть проводная и беспроводная инфраструктура, гостевой доступ, система безопасности, унифицированные коммуникации.

Помещение 1500 м2

Кол-во сотрудников: 150 человек

Решения кейса

На уровень ядра устанавливается коммутатор доступа-Catalyst9500.

На уровне доступа-Catalyst9200.Точки доступа-CiscoAironet9117или 9120.

КонтроллерCatalyst9800-L.(может быть виртуальным)

Управление и контроль:CiscoISE(Опция)

Безопасность периметра:Firepower1010+Duo(Опция)

Продукты:CiscoDNA,Firepower+Duo+ESA/WSA,Cisco ISE, Cisco Aironet 9117.

Enterprise

Организация

WLANна уровнебранча(офиса компании), не отличается от среднего.На глобальномуровне добавляются коммутаторы ядра иDNACenter.Enterpriseотличается от СМБпостроением кибербезопасности в компании,интеграциейбизнес-приложений(но о них мы поговорим в другой статье)и повышенной отказоустойчивостью.

ВEnterpriseсегментекибербезопасность более актуальна,чем в среднем бизнесе.Точекпроникновения злоумышленниковбольше, чем в среднем бизнесе.Цена ошибкивыше. Стоимость простоя региональнойсети магазиновможетдостигатьсотен миллионов рублей.

Категории средств безопасности:

• Антивирусная защита

• Межсетевой экран

• Системы предотвращения утечек данных

• Фильтрация трафика

• Антишпионское ПО

• Средства шифрования

• Сканеры уязвимости

• SIEM-системы

• Защита приложений

• WebApplicationFirewall

• CDN

• Контроль доступа

Каждая категория закрываетпотребностьEnterpriseв безопасности.Но эта статья больше для СМБ, поэтому не будем углубляться вподробностирешенийдля большого бизнеса.

Сценарии применения Wi-Fi в сферах бизнеса

Описание сценариев применения будет по принципу.

• Типовой дизайн предприятия сценария

• Технологии для решения задач сценария

• Решения кейса

• (Иногда) Схема исполнения

Все описанныесценарии- общее среднее по сфере бизнеса. Типовые проблемы, которые мы часто встречаем у заказчиков, описаны ниже.

Каждый бизнес особенный, и кейс может отличаться от Вашего.

Wi-Fi на заводе

Wi-fiсеть на заводе строится по подобию складской сети. Разница в производственной линии и более агрессивной среде.

Типовой дизайн:в промзоне размещенарматурныйзавод.Управление завода намерено внедритьтерминалы сбора данныхдлямаркировкиконечной продукции. На территории цеха отсутствует беспроводная сеть- ее нужнопостроить с нуля. Финансовые потери от 1 дня простоя составляютот10до 80млн рублейв зависимости от контракта.

Применимые технологии:

Задача похожа на организациюWi-Fiна складе, с важным отличием. Есть производственная линия, управляемая промышленными ПК. Терминалы сбора данных, вместе с высоким темпом производства нагружают беспроводную сеть. Высокая цена простоя требует вложений в кибербезопасность.

Основной акцент делается на непрерывности производственного процесса.

Риски прерывания по частиITинфраструктуры:

• Прерывание сигналовIOTустройств из-за перекрытий и чугунного оборудования

• Физическое повреждениеIT-оборудования

• Остановка процессов вследствие вредоносного ПО и хакерской атаки

Направленные антенны

Электромагнитные помехи, изоляционные материалы, плотные перекрытия, балки, опоры мешают распространениюWi-Fiсигнала. Без направленной антенны сигнал потеряется.ТехнологияBeamFormingподойдет для агрессивной среды завода.

Кибербезопасность

Атака на производственную цепь- цель для злоумышленников.Основные цели- бизнес-данные,энергоснабжение, АСУ-ТП.Отвязать сеть, возможно, лучшее решение для безопасности производственного цикла. Все управление производством сводится к1-2ПК. На них установлены специальное ПО управления.

Атака на производственные процессы может проходить не впрямую на ПК управления. А через офис. Фишинговая рассылка может быть адресована в центральный офис компании, а затем прислана директору завода. Поэтому для защиты сети нужен мониторинг трафика.

Задача безопасностисводится к безопасности этихпромышленныхПК и смежных устройств.Фаерволлы, Многофакторная аутентификация и анализ трафика сети обезопасят промышленную сеть.

Пример использования:

Складское помещение нуждается в бесперебойномwi-fi.Работа на территории ведется в 3 смены. Стоимость простоя:10 млн. руб./сутки.

Одноэтажное здание

Площадь: 20000 м2

Кол-во ТСД: 20шт.

Кол-во ноутбуков15шт.

Решения кейса

На уровень ядра устанавливается коммутатор доступа-Catalyst9400.

На уровне доступа-Catalyst9200.Точки доступа-CiscoAironet9117с внешнимиантенами.

Промышленные коммутаторы:CiscoIE1000с защищенными портамиTACACS(Опция)

Контроллервотказоустойчивой конфигурации(может быть виртуальным).

Управление и контроль:CiscoISE(Опция)

Безопасность периметра:Firepower+Duo(Опция)

Продукты:

Cisco:МаршрутизаторCisco ISE(Опция),МСЭFirepower+Duo,КонтроллерточекдоступаWiFiC9800-40-K9,точкидоступаCisco Aironet 9117 Out-Door.

Huawei:USG6320,КонтроллерHuawei AC6508,точкидоступаAirEngine6760X1

Aruba:КонтроллерMobility Conductor Hardware Appliance,точкидоступа518 Series,управлениеAruba Central

Умный ритейл. Wi-Fi в магазинах и ТРЦ

Wi-Fiв ритейле использует службы склада, создает гостевой доступдля посетителейи служит для маркетинговых исследований иуведомлений.Wi-Fiмаркетинг, наверное, единственное применение технологии, которое может приносить прямую прибыль компании. ФактическиWi-Fiвмагазинеили в офисе продаж являетсяобразующейтехнологией.Склад магазина использует терминалы сбора данных, они беспроводные.

Сеть магазинов

Кейс: сетьпродуктовыхмагазиновне имеет беспроводной сети в каждой точке продаж. Проблемы недочета товарапривели к модернизации системы склада ивнедрению терминалов сбора данных (ТСД). Каждый ТСД требует подключения к беспроводной сети,значитв каждой точке продаж должен быть местныйWi-Fi.

Решение:организация беспроводной сети в точке продаж-задачане сложная.Сложности начинаютсяворганизациимагазиновв единую сетьи управление беспроводной сетью изцентрального офиса.Для построения таких сетей используютсявиртуальные контроллеры.Контроллеры размещаются на виртуальных машинах и используют мощности, которые ей выделены. Обслуживание виртуального контроллера не требует присутствия администратора в серверной. Администратор может управлять оборудованием хоть у себя дома.

Технологии и средства

Виртуальный контроллер

WLC(Опция)

(WirelessLocalController)может контролировать разветвленные сети, вроде той, что в кейсе. Основныепроблемыв управлении такими сетями:

• нехватка информации о магазине(качество покрытия,загруженность устройств, безопасность в сетях, время на устранение ошибок и их кол-во)

• Отдельные дорогостоящие специалисты на конечныхточках (магазины, офисы ит.п.)

• Увеличение человеко-часов на обслуживание инфраструктуры как в магазине, так и в центральном офисе

WLC управляет всеми точкамидоступаизцентра управления. Центр управления это веб-интерфейсы, или CLI с которого администратор управляет параметрами каждой подключенной точки.

DNA(Опция)

DNAуправляет всеми сетевыми устройствами, чего не может сделать WLC. Этовиртуальные маршрутизаторы, коммутаторы, межсетевые экраны,контроллеры точек доступа и сами точки доступа.

Обычно DNA внедряется как подспорье раздутомуштатуинженеров.Однако внедрение DNA- дорогостоящий процесс.

Система по своим характеристиками и цене подходит среднему иEnterpriseбизнесу.

Продукты:

Cisco:МСЭFirepower 2100,контроллерКонтроллерWiFiC9800-40-K9(может быть виртуальным),точкидоступаCatalyst 9113, DNA(возможно).

Huawei:МСЭUSG 6320,КонтроллерHuawei AC6508,точкидоступаAirEngine8760-X1

Aruba:КонтроллерMobility Conductor Hardware Appliance,точкидоступа515 Series,управлениеAruba Central

МаркетингТРЦ

Кейс: Маркетинговый отдел торгового центра Юпитер сообщил о снижении спроса на продукцию. Маркетологи сошлись во мнении, что посетители хотят более индивидуального подхода. Было принято решение внедрить систему умногоWi-Fiивидеоаналитики.

Решение:

Технологии трекинга на территории магазина появились4-5лет назад.Последние 2 года маркетинг активно внедрял эти технологии. И сейчас Вы наблюдаете их у себя в уведомлениях на телефоне.

Эта связка дает информацию:

• о поле

• возрасте

• предпочтениях

• семейном положении

• покупательской способности

В умелых руках эти инструменты продают посетителю те товары, которые, возможно, хочет купить покупатель.

Пример: В середине зимы вы пришли в торговый центр, в котором уже были раньше. После 10 мин прогулки в таком центре, на телефон приходитpush-уведомление магазина N с предложением купить пальто по скидке. Система предложила пальто, по нескольким причинам.

1.Скоро будет весна

2. Вы уже покупали в магазине N одежду

3. Вы даже примеряли пальто в магазинах конкурентов.

Каждаякрупицаинформации- процентквероятности покупки. Как только количество информации наберет критическую массу произойдет продажа.

Точность предложения, зависит от количества информации о покупателе. Никто не любит, когда "впаривают" ненужный товар. Системы аналитики на базеwi-fiсделают предложение точнее.

Продукты:

Cisco:МСЭFirepower 2100,контроллерКонтроллерWiFiC9800-40-K9(может быть виртуальным),точкидоступаCatalyst 9130,DNA(Опция), Duo(Опция).

Huawei:МСЭUSG6320,КонтроллерHuawei AC6508,точкидоступаAirEngine8760-X1

Aruba:КонтроллерMobility Conductor Hardware Appliance,точкидоступа530Series,управлениеAruba Central

Wi-Fi в отеле, ресторане, кафе (HoReCa)

В гостиничном и ресторанном бизнесе беспроводная связь является правилом хорошего тона. Вы можете работать вкомандировке, Вы показываете презентации на переговорах в кафе или ресторане.

По факту,внедрение передовых технологий вотель- имиджевый вопрос.ХорошееWi-Fiсоединение воспринимается пользователями как стандарт, а не как дополнительное удобство.

Типовой дизайн(на примере гостиницы):

Для гостиниц характерна разветвленная сетьwi-fiточек. Так как каждый номер должен быть покрытWi-Fiсигналом, сетьпотребность в большом количестве точек.На территории отеля нет посторонних точек, значит нет конфликтамежду сигналами,интерференциии пр. Есть только большое количество перекрытий и стен.

Технологиии сферы применения:

ГостеваяWi-Fiсеть отеля

Гостевой беспроводной сети уделяют особое внимание. Гости приезжают на командировку, по работе, или в качестве фрилансеров. Оставлять их без качественнойWi-Fiсети- удар по репутации. Вряд ли они вернутся при следующей поездке или порекомендуют отель друзьям, если сеть будет прерываться и мешать работе.

BeamForming

Поможет преодолеть стены между номерами.BeamFormingусиливает слабый сигнал, в частности, для преодоления стен.Следовательно, чтобы покрыть всю площадь сигналом, потребуется меньше точек доступа.

BSSColoring

В зонах, где конечные устройства находятся между точками доступа,антенна конечного устройства может подключаться то к одной, то к другой антенне. Из-за этого сигнал будет прерываться.

IOTи умное управление отелем(Опция)

В отель можно внедрить все то же самое что и в умный дом.Но в отеле есть котельные, электрощитовые, системы управления отелем и пр.IOTустройства и беспроводная сеть поможет управлять всеми основными системамииз единого центра.

Управление:

• освещением, влажностью,отоплением

• датчики движения

• сетью, розетками

• электронными дверьмии окнами

• IOT-техника (умные пылесосы, колонки, телевизоры ит.п.)

Таким образом обслуживание зданием можно управлять из дома. Это ведет к снижению затрат на инфраструктуру.

Авторизация пользователейи гостевой портал

В последнее время стали популярны гостевые порталы. На гостевом портале пользователь может заказать еду в номер, подключить каналы на ТВ и забронировать время на лечебные процедуры.Пользователи заходятна портал повнутреннейсетигостиницы, без подключения к интернету.

Пример использования:

Отель 5Season7-х этажноездание. В здание проведен10-гигабитный интернет, но ссамого начала модернизации, постояльцы жаловались на плохойWi-Fi.В конечном счете,руководство приняло решение модернизировать беспроводную сеть отеля.Тем более, что появились технологии умного управления отелем.Это внедрение повысит статус отеля среди конкурентов.

Кол-во номеров: 110шт.

Кол-воIOTустройств-2000 единиц

Решения кейса

На уровеньдоступаустанавливаются2коммутатора-Catalyst9400встэке.

На уровне доступана каждый этаж устанавливается коммутаторыCatalyst9300.Точки доступа-CiscoAironet9120сфункциейCleanAir.

Контроллер9000в отказоустойчивой конфигурации(может быть виртуальным).

Управление и контроль:CiscoISE

Безопасность периметра:Firepower2100.

Продукты:

Cisco:МСЭFirepower2100,контроллерКонтроллерWiFiC9800-40-K9,точкидоступаCatalyst9120,DNA(Опция),ISE,Duo(Опция).

Huawei:МСЭUSG6320,КонтроллерHuawei AC6508,точкидоступаAirEngine8760-X1

Aruba:КонтроллерMobility Conductor Hardware Appliance,точкидоступа550Series,управлениеAruba Central

Финансовый сектор

Под эту категорию попадают банки, компании-брокеры,финтехстартапы. Поотчетув IV квартале2020гогода совершено 29 преступлений в финансовом секторе. Главные объекты атаки- сетевое оборудование (26 из 29 атак).

Чтобы обезопасить компанию от хакеров, стоимость взлома должен бытьвысокой. Чем больше времени, денег, человеческих ресурсов потратит хакер, тем вероятнее, что взлом не случится.Без сомнения,это самый эффективным способ защиты.

В 95% банках установленwi-fi, но только 23% используютдополнительныесредства безопасности. Дополнительные средства безопасности это- песочницы, многофакторная аутентификация, анализ поведения пользователей, мониторинг сетевой активности. Каждый из перечисленных пунктов делает дорожеценувзлома.

Дизайн сети

Сетевая топология- тоже способ построить безопасность.Не будем заострять внимание на высоте монтажа точек.

Существуют требования к дизайну сети:

• Выделение специальных зон для гостевого доступа

• Разные права доступа гостевого и офисного доступа

• Подавление сигнала за пределами зон

Для безопасности сети на каждом узле должна быть своя защита. На уровнекоммутатора- политика управления портами, на уровне контроллера- построение политики подключения, на уровне файрволла- аналитика поведения пользователей и аутентификация.

Более подробно о средствахзащиты

Песочницы

Термин не совсем правильный в рамкахWi-Fi, но раскрывающий суть. В сети создается промежуточная зона, сSSL(или другой) сертификацией.Любойвредоносповредит только виртуальную машину, на которой размещены ПО и данные.Оригиналы же будут не тронуты.

(Более подробныйответесть уKaspersky)

Шифрование потоков данных/Мониторингзашифрованного трафика злоумышленник может перехватить данные вwi-fi.Это может быть инсайдерская информация или имена доверенных лиц, которые он потом использует. Чтобы не допустить утечки, данные должны шифроваться.Шифрование происходит на уровне точек доступа и контроллера. Никакого дополнительного ПО не нужно.

Многофакторная аутентификацияИЛИ авторизация- распространенный способ защиты сетей. Простой принцип действия- любой, кто заходит в сеть, подтверждает личность генерируемым паролем, письмом илибиометрией. Способов идентификации много.

Аналитика поведения пользователей

Системы анализа пользователей в сети, пока чтоbest-practiceв мире сетевой безопасности. Сложность обмана такой системы стоит дорогов расчете денег и человеческих ресурсов.

Принцип действия систем поведенческой аналитики-

Создается образ посетителя сети, который наделяется определенными параметрами (их очень много).

• Частота (ГГц)

• Фреймы

• Количество

• Используемые приложения

• Базовая скорость

• Скачки триангуляции

• И многое, многое другое (см. документацию)

Стандартный посетитель сети находится в допустимых пределах. Как только пределы нарушены, системаищет паттерны злоумышленникаили вредоносного ПО. В случае совпадения пользователь блокируется.

Продукты:

Cisco:МСЭFirepower2100,контроллерКонтроллерWiFiC9800-40-K9(может быть виртуальным),точкидоступаCatalyst9120,DNA,ISE(Опция),Duo,WirelessIPS(Fortigate)илиCyberThreatDefense,CiscoDNA(Опция),CiscoUmbrella(Опция),ESA/WSA(Опция),SecureX(Опция).

Huawei:МСЭUSG6320, КонтроллерHuaweiAC6508,точкидоступаAirEngine8760-X1

Aruba:КонтроллерMobility Conductor Hardware Appliance,точкидоступа550Series,управлениеAruba Central

Wi-Fi на складе

Типовой сценарий:

Высокие стеллажи спаллетамитовара, высокие потолки, высокое содержание пылии влажности делают распространения сигнала сложным и неравномерным. Зимой неотапливаемые склады страдают от влажности и низких температур.

К складскойWi-Fiсети подключаются терминалы сбора данных, сканеры штрихкодов и ноутбуки.Каждый терминал или ноутбук обращаются к базам данных и бизнес-приложениям.

Как видно из примера условия беспроводной сети на складе можно считать сложными, если не агрессивными.

Проблема решается комплексно

Защита от помех и высокоскоростные точки доступа.

У вендоров уже появились точки доступа с защитой от помех.Например,уCiscoэтоCleanAir.Технологиянаходит источник(и) помех и перенастраивает сеть для лучшего сигнала.

Управление политиками доступа.

У ТОП производителей точек доступа есть контроллеры с дополнительным ПО, для управления.Платформы управления могут автоматически управлять и балансировать точки доступа.

Правильное расположение точек доступа.

Даже6йстандарт не обойдет стеллаж толщиной в 3 метра. Только правильное расположение точек доступа покроет сигналом весь склад.

Чтобыузнатьгде сигнал ловит хуже, нуженпредиктивныйанализ. Есть несколько способов исполненияпредиктива.

Первыйспособ- без выхода на местность.

В специальной программе строят план помещения, указывают материалы перекрытия, высоту потолков и другие подробности.На план наносят точки доступа, и программа обсчитывает распространение сигнала. Если покрытие сигналом устраивает- точки устанавливаются в реальности.

Второй способ-с выходом на местность.

На территории предприятия устанавливаются тестовые точки доступа. Далее инженер ходит сWi-Fiантеннойпо территории склада и проверяет уровень сигнала. Преимущество метода в высокой точности, так как покрытие проверяется на практике.

Пример использования:

Складское помещениенуждается в бесперебойномwi-fi.Работа на территорииведется в 3 смены. Стоимость простоя: 150k$/сутки.

Одноэтажное здание

Площадь: 25 000 м2

Кол-во ТСД: 25шт.

Кол-во ноутбуков 20 шт.

Решения кейса

На уровеньдоступаустанавливается коммутатор доступа-Catalyst9400.

На уровне доступа-Catalyst9200.Точки доступа-CiscoAironet9117с внешнимиантеннами.

КонтроллерWiFiC9800-40-K9(может быть виртуальным)в отказоустойчивой конфигурации.

Управление и контроль:CiscoISE(Опция)

Безопасность периметра:МСЭFirepower2100.

Продукты:

Cisco:МСЭFirepower1100,контроллерКонтроллерWiFiC9800-40-K9,точкидоступаAironet1560,ISE,Duo,CiscoDNA.

Huawei:МСЭUSG6320, КонтроллерHuaweiAC6508,точкидоступаAirEngine6760-X1E

Aruba:КонтроллерMobility Conductor Hardware Appliance,точкидоступа513Series,управлениеAruba Central

Калькулятор есть в статье в блоге

В этомкалькуляторе подобраныминимальные позициипо которым, можно примерно понятьот какой цены начинается внедрение WI-Fi.

Заключение

В этих двух статьях я постарался широкими мазкамиописатькак и куда внедряетсяWi-Fi.

Статья не освещает каждую сферу глубокои не стоит читать ее как руководство.Чтобыподобратьрешения под конкретный случай пишите нам наzakaz@olly.ru

Итак - желтый прямоугольник, ограниченный штрихпунктирной линией и есть сам контроллер резервного питания.

Контроллер работает совместно с тремя внешними модулями:

• сетевым источником питания 220 VAC в 24 VDC

• инвертором 24 VDC в 220 VAC

• аккумуляторной батареей 24 В

В момент отключения сетевого напряжения или понижения ниже предельного значения контроллер переключает потребителей на питание от аккумулятора и инвертора.
Переключение 24 В происходит без провалов напряжения, переключение 220 происходит с задержкой равной времени переключения реле.

Преимущества

Такая архитектура обеспечивает гибкость, масштабируемость и оптимальную стоимость.
- Гибкость выражается в цифровом управлении и возможности выбирать источник питания, инвертер и аккумулятор из широкого ассортимента представленного на рынке без привязки к конкретным производителям и продавцам. Это довольно актуально с современной турбулентностью поставок и при мелкосерийном производстве.
- Масштабируемость определяет возможность варьировать в широких пределах мощность источника питания, инвертера и емкость аккумулятора.
- Оптимальная стоимость. На рынке можно найти предложения по созданию аналогичной архитектуры на более раздробленных дискретных модулях или вовсе на нескольких автономных UPS-ах. Но чтобы добиться встраиваемости в системы потребителей по габаритам и с полным контролем со стороны систем управления потребителей понадобится еще много дополнительных средств. Обратная связь от потребителей в данной схеме позволяет не устанавливать избыточные резервные мощности, и сэкономить на емкости аккумулятора и мощности инвертора.

Применение

Применить такой контроллер можно в промышленных и бытовых устройствах и агрегатах, подъемниках, лифтах, автоматических воротах, кранах, автоматических дверях, системах домашней автоматизации и т.д.
Контроллер способен работать и как простой зарядник аккумуляторов емкостью до 30 А*ч, как измеритель параметров электросети, измеритель КПД инвертеров, как источник питания с регулируемым напряжением, током до 10 А и защитой от перегрузок и т.д.

Принцип работы

Особенностью архитектуры данного контроллера является его тесная связь с потребителями.
Для того чтобы не превысить предельно допустимую мощность источника питания и инвертера и не спровоцировать проседания выходных напряжений контроллер получает от потребителей информацию о планируемом подключении нагрузок и сообщает потребителям о текущем состоянии сетевого напряжения. Таким образом потребители не будут пытаться получить недоступную мощность или предпринимать действия способные быстро и непрогнозируемо привести к исчерпанию аккумулятора. Связь потребителей с контроллером осуществляется через один из цифровых интерфейсов : CAN, RS485, USB.

При наличии сетевого напряжения контроллер пропускает напряжение 24 В от внешнего источника питания к потребителям через управляемый ключ 1 (см. структурную схему) и напряжение 220 В через реле Р1. Ключ 1 работает одновременно также как ограничитель входного напряжения, ограничитель тока, защита от переполюсовки и идеальный диод. Ключ 1 не дает проникать обратному току на источник питания в случае отключения сетевого напряжения. Может показаться, что это излишняя мера, но некоторые промышленные источники питания MEAN WELL не включаются, когда на их входе уже присутствует напряжение. Одновременно с подачей тока потребителям контроллер заряжает аккумулятор (если аккумулятор этого требует). При этом ток заряда аккумулятора балансируется с током уходящим потребителям так чтобы не превысить допустимый ток источника питания.
Цифровое управление и повышающее/понижающий (Buck-Boost) преобразователь зарядника позволяют точно учитывать степень заряда и разряда аккумулятора и выбирать правильные профили заряда в зависимости от состояния аккумулятора.

При отсутствии сетевого напряжения контроллер пропускает через ключ 2 напряжение 24 В потребителям от аккумулятора. Напряжение при этом может варьироваться от 27 В (полностью заряженный) до 20 В (полностью разряженный). Потребители должны быть готовы работать в таком диапазоне, что обычно не представляет проблемы. Напряжение 220 В подается через реле Р2 от внешнего инвертера. Сам инвертер питается от аккумулятора через ключ 3. Инвертер может поддерживаться как в горячем резерве так и быть отключенным (что более экономично). Однако из выключенного состояния инвертеры обычно выходят несколько секунд и это затягивает переключение.

Основные характеристики

• максимальный коммутируемый переменный ток напряжения 200 В - 35A

• максимальный коммутируемый постоянный ток напряжения 24 В - 15 А

• максимальный ток на входе инвертера - 50 А

• максимальный ток заряда аккумулятора при наличии радиатора - 10 А

• максимальный ток заряда аккумулятора без радиатора - 4 А

• тип аккумулятора - cвинцово-кислотная батарея 24 B

• тип микроконтроллера - MKE18F512VLL16 (ARM Cortex-M4F, 32-Bit, 168MHz, 512KB (512K x 8) FLASH, 64 KB SRAM, -40C ~ 105C)

• Цифровые интерфейсы: CAN гальвано-изолированный, RS485 гальвано-изолированный, USB 2.0 Full Speed VCOM

• Два гальвано-изолированных цифровых выхода

• Дисплей с энкодерным управлением

• Встроенные измерители токов, напряжений, мощностей и прочего по входным и выходным линиям 220 и 24 В.

• Утечка тока аккумулятора в отключённом состоянии не более 200 мкА

• Все основания рассчитывать что на половине заявленных максимальных токов плата способна будет длительно работать без радиаторов при условии свободной конвекции.

Схема

Структурная схема

Особенности схемы

Зарядник аккумулятора выполнен на регулируемом DCDC преобразователе U23 серии LTC3789.
Выходное напряжение преобразователя задается микросхемой U24 DAC80501 управляемой по интерфейсу I2C. DAC80501 преобразует 16-и битный код в выходное напряжение в диапазоне от 0 до 1.25 В. Резистивный делитель на R94, R96, R100 смешивает напряжение от U24 и выходное напряжение DCDC преобразователя чтобы получить опорное напряжение VFB, для микросхемы LTC3789 оно должно равняться 0.8 В. DCDC преобразователь работает так чтобы напряжение VFB всегда оставалось равным 0.8 В, когда микросхема U24 меняет свое выходное напряжение.
Таким образом DCDC преобразователь способен регулировать свое напряжение от 1.65 В до 31.9 В.
Для расчета схем на базе LTC3789 и подобных существует специальная программа - LTpowerCAD
Вид окна программы для рассматриваемого преобразователя показан ниже:

В целом программа показывает более оптимистичные результаты чем есть в реальности, особенно на малых мощностях. В частности недооценивается влияние паразитных элементов трассировки.
Даже упрощенная модель в программе LTpowerCAD не дает однозначного ответа по оптимальному выбору компонентов, поскольку при разных режимах и комбинациях входных и выходных напряжений и токов значительно меняется вклад разных элементов в нагрев схемы. Т.е. программа не выполняет глобальной оптимизации по всему диапазону рабочих режимов. И приведенная схема была в основном оптимизирована для случая выходного напряжения в 32 В и выходного тока 10А, т.е. самого тяжелого режима при зарядке 24В аккумулятора.
На КПД преобразователя также влияет состояние сигнала DCDC_MODE. Как показала практика в состоянии лог. 0 (forced continuous mode ) катушка индуктивности L5 меньше нагревается чем когда на DCDC_MODE присутствует лог. 1 (pulse-skipping mode)
Сигнал EN_CHARGER в состоянии лог. 0 запрещает работу преобразователя. В выключенном состоянии преобразователь не пропускает напряжение с выхода на вход.

Ключ источника питания SW1. Выполнен на микросхеме U20 LTC4364. Через этот ключ проходит ток от источника питания к потребителям. Когда происходит переключение от питания от аккумулятора этот ключ выключается микроконтроллером.

Ключ кроме непосредственно коммутации выполняет еще несколько защитных функций:
- работает как идеальный диод от входа к выходу,
- выполняет защиту от перегрузок по току,
- защищает выходную цепь от перенапряжений на входе (отключается при перенапряжении) ,
- не пропускает в систему слишком низкое напряжение от источника питания,
- ограничивает броски тока при включении,
- обеспечивает плавное нарастание выходного напряжения,
- предохраняет схему от переполюсовки на входе.
При этом о своих аварийных состояниях ключ сообщает сигналом PIDS_FAULT.
Сигналом PIDS_SHDN в высоком состоянии ключ выключается. Если схема обесточена, то при включении источника питания будет находиться в открытом состоянии.

В промышленных системах столько защит не является лишним. Особенно когда работать приходится в окружении электроники сомнительного качества и надежности.

Ключ аккумулятора SW2. Выполнен на микросхеме U21 LTC4364.

Назначение этого ключа в том чтобы пропустить ток от аккумулятора к потребителям в режиме работы резервного питания. Транзистором Q9 задается два разных уровня выходного напряжения.
При уровне 0 сигнала AIDS_FBC ключ начинает пропускать ток от аккумулятора в систему (т.е. потребителям) только если напряжение в системе упадет ниже 22.9 В (т.е. внешний источник питания не будет способен удержать свое номинальное напряжение)
При уровне 1 сигнала AIDS_FBC ключ пропустит ток если в системе напряжение будет ниже 26.3 В.
Это необходимо когда в систему включается полностью заряженный аккумулятор с напряжением до 32 В чтобы транзисторы ключа не перегрелись из-за слишком большого падения напряжения на них.
Поскольку ключ еще и выполняет функции идеального диода, то ток из системы в аккумулятор через него не проходит.
В обесточенном состоянии и подключении только аккумулятора ключ останется закрытым. Таким образом систему нельзя включить от аккумулятора не подав предварительно напряжение от внешнего источника питания.

Ключ питания инвертора SW3. Выполнен на микросхеме U14 LTC4368.

Этот ключ включает питание на инвертор. Для быстрого переключения на резервное питание инвертор желательно держать включенным. Однако инверторы потребляют значительный ток. Например инвертор MEAN WELL TS-1500-224 мощностью 1.5 КВт

на холостом ходу потребляет более 1 А. После аварийной перегрузки такой инвертер не включится вновь пока на с него не снимут напряжение ( если не пользоваться его интерфейсом управления). В таком случае ключ помогает избавиться от лишнего потребления тока и упростить восстановление после перегрузок, хотя и ценой некоторой инерционности.
Ключ защищает аккумулятор от слишком больших токов. В данной схеме защита должна срабатывать при токе превышающем 50 А, на самом деле будет меньше, тут критически важна трассировка.

Высоковольтная часть. В высоковольтной части коммутация производится с помощью реле K1 и K2 типа AHES4292. Не самый быстрый и надежный способ коммутации, но дело в том что схема предназначена для коммутации самых разнообразных нагрузок и напряжений, в частности для коммутации межфазных напряжений в 3-х фазных сетях (тогда ставятся еще вспомогательные внешние 3-х фазные контакторы). Реле относятся к типу реле безопасности и на схеме они взаимно блокированные. Принято считать что по такой схеме реле такого типа ни при каких обстоятельствах не смогут включиться одновременно, даже когда одно из них залипнет. Значит сетевое напряжение никогда не сможет проникнуть на выход инвертора и погубить его.
Залипание реле контролируется измерителями напряжения на резистивных делителях R51, R52 и R53, R54

Мониторы мощности. Реализованы на микросхемах U15 и U17 типа ACS37800KMACTR-030B3-SPI.
Микросхемы способны измерять переменный ток, напряжение, мощность, действующие их значения, средние от действующих значений за заданное время, способны измерять действующее как по переходу через ноль так и действующее значение постоянных токов. Каждая из микросхем отдельно гальвано-изолирована и может выполнять точные измерения не беспокоясь о способе реализации заземления и зануления источников напряжения и даже измерять при межфазном подключении. Микросхемы измеряют ток амплитудой до 30А.
Считывание данных производится по интерфейсу SPI. На каждую микросхему идет отдельный интерфейс SPI поскольку они не могут совместно работать на одном общем интерфейсе.

Измерители токов и напряжений. Как пример приведен фрагмент схемы ниже -

U22 и U13 здесь измеряют ток. Микросхемы INA240A1 хорошо подходят для условий измерений с большими синфазными помехами. Они двунаправленные. Средняя точка для них формируется общей для всех прецизионной мало-шумящей схемой на операционном усилителе U26 THS4281DBVR. Кроме того INA240A1 достаточно хорошо согласуются в входами АЦП микроконтроллеров.
Микросхема U27 на схеме выполняет роль дифференциального усилителя напряжения для измерения напряжения аккумулятора. Дифференциальный усилитель применен здесь для того чтобы минимизировать ток потребляемый от аккумулятора, когда система обесточена, также дифференциальный усилитель как ни странно упрощает трассировку платы в отношении топологии аналоговых и цифровых земель.

Элементы управления. Для управления платой в первую очередь предназначены коммуникационные интерфейсы, но предусмотрено также и непосредственное ручное управление и настройка. Для этого введен в схему ручной механический энкодер SW1 с двухцветной подсветкой и нажатием PEL12D-4225S-S2024.

Для отображения информации есть OLED дисплей ER-OLED015-2W. Монохромный, 128x64 точки, управляется по интерфейсу SPI. Немного усложненная схема

объясняется тем что дисплею для работы нужно повышенное напряжение 12 В. Ключ питания U34 здесь добавлен скорее для страховки ввиду неопределенности поведения в даташите на дисплей в случае пониженного уровня VCC.

Микроконтроллер MKE18F512VLL16 будет работать на частоте 120 МГц. Его внутренней RAM размером в 64 кБ должно хватить для операционной системы реального времени чтобы управлять несколькими автономными задачами: GUI, измерений, контроля, связи.

Что стоит помнить.
Как и программное обеспечение такие схемы подвергаются постоянному рефакторингу - меняются названия сигналов, заменяются микросхемы на другие, меняются дискретные компоненты, исправляются грубые ошибки и т.д. Изменения происходят постоянно и даже на этапе эксплуатации изделия. Эта схема прошла уже 3-и итерации с очень существенными изменениями.
Самый страшный враг схемотехника промышленных изделий - желание экономить на компонентах, пытаться снизить себестоимость отказываясь от тех или иных защитных средств: супрессоров, гальвано-изоляции, разделения земель, лимитеров и т.д.
Пример: можно не ставить супрессор на входе к которому подключается внешний источник питания. Казалось бы логично, ведь источник питания и так имеет многочисленную защиту на своем выходе. Но на производстве нередко включенный источник подключают к не запитанной плате. При достаточно длинных проводах и мощном источнике на входе платы в момент непосредственно коммутации и сопровождающего ее дребезга возникают резонансные явления приводящие к перенапряжениям и выходу из строя полупроводниковых ключей на плате.
Отловить такой баг уже отдав устройство в эксплуатацию можно лишь по факту массового обращения недовольных потребителей.

Далее предстоит плату страссировать, спаять, написать программу.
Трассировкой предполагается заняться в следующей статье.

Имеется транспортёр, на котором установлен датчик дефектов и исполнительное устройство - сбрасыватель. По транспортёру движутся объекты, задача - производить сброс в случае обнаружения дефекта. Длина объекта от 1,5 до 7 метров, во избежание различных интересных эффектов сброс необходимо производить в момент прохождения центра объекта мимо сбрасывателя. Пройденное объектом расстояние измеряется при помощи датчика перемещения (инкрементального энкодера), наличие объекта определяется датчиком наличия (фотодатчиками). Обработав данные с этих датчиков, можно измерить длину объекта и вычислить необходимое перемещение до точки сброса.

Это история об использовании простого программируемого реле в реальной задаче промышленной автоматизации. Но такое ли оно простое? Добро пожаловать в программирование без единой строчки кода!

Для решения этой задачи используем имеющееся в наличии программируемое реле Siemens LOGO 6 серии. Подобные реле есть у многих производителей, они как правило имеют небольшие размеры и размещаются на стандартной DIN-рейке. Я попытаюсь на примере LOGO рассказать, что они из себя представляют и чем отличаются от ПЛК.
Базовый модуль имеет несколько входов, выходов, разъём для программирования, дисплей и кнопки управления (есть более дешёвые модели без кнопок и дисплея). Более новые серии (начиная с 7) имеют слот для SD карты и Ethernet. Питание бывает как низковольтное, так и 230 Вольт. К базовому модулю могут подключаться модули расширения - входные, выходные, коммуникационные. Максимальная конфигурация - 24 входа и 16 выходов, программа может содержать до 200 элементов (до 400 начиная с 7 серии).
Отличие от ПЛК: входы и выходы подключаются на неразъёмный клеммник, нет индикации их состояния, программа не может меняться во время исполнения и перезаписывается только целиком. Для программирования могут использоваться только два языка из стандарта МЭК 61131-3: LAD (релейно-контактная логика) и FBD (функциональные блоки).

Ну и, разумеется, более ограниченные ресурсы - меньше входов и выходов, нет возможности структурировать программу (хотя с 7 версии появилась возможность выделять часть программы в пользовательскую функцию), нет сложной математики. С другой стороны, более низкая цена при наличии хорошей функциональности, надёжности, удобной среды программирования и отладки делают их привлекательными для решения несложных задач. Насколько несложных? В примерах использования обычно приводят примитивные кейсы вроде управления освещением, климатом или автоматическими дверями. Но иногда приходится задействовать все ресурсы этого миниатюрного контроллера.

Как оказалось, датчик дефектов - довольно сложное устройство и имеет свой ленточный транспортёр, в связи с этим разместить фотодатчики наличия объекта удалось только на расстоянии 3 метров от него. Как следствие - во время его срабатывания датчики наличия могут видеть совсем другой объект. Расстояние от датчиков наличия до сбрасывателя составило 9 метров, на таком расстоянии могут разместиться до 6 объектов одновременно - их все придётся отслеживать. Сбрасыватель тоже непрост, его исходное положение необходимо контролировать для подтверждения удачного сброса и чтобы исключить ситуацию когда он завис поперёк транспортёра. Сбрасыватель установлен на выходном транспортёре, который управляется из другого места - от нас нужен сигнал разрешения его работы. Инкрементальный энкодер также установлен на выходном транспортёре. Ну и для удобства отладки и диагностики я решил добавить возможность настройки расстояний через дисплей и индикацию типа нештатной ситуации с помощью количества миганий лампы "Помеха". Уже в процессе разработки пришла идея добавить на дисплей текущее значение скорости транспортера, измеренной длины объекта и счетчики нештатных ситуаций. Также добавил мигание лампы в момент прохождения точки сброса каждым объектом - это в дальнейшем сильно упростило отладку.

Программа в ПЛК выполняется циклически - читается состояние входов, производится их обработка согласно программе, выставляется состояние выходов. Исключение составляют только высокоскоростные входы и таймеры - они обрабатываются по прерываниям. Если какая-то переменная изменилась, её новое значение не может использоваться во влияющих на неё расчетах в этом же цикле - можно только запомнить и использовать в следующем цикле.

В качестве порогов могут выступать значения других счётчиков или результаты вычислений.

Алгоритм работы системы: при поступлении сигнала от датчика дефектов он проходит линию задержки на одном из счётчиков расстояний ДД и привязывается к имеющемуся объекту, при этом горит лампа "Обнаружен дефект". Затем начинается отслеживаемое одним из счётчиков сброса движение объекта к точке сброса, лампа при этом мигает. Измерение длины объекта производится счётчиком длины, измеренное значение фиксируется в блоке вычислений соответствующего канала сброса и используется для вычисления точки сброса. При её достижении транспортёры останавливаются и производится сброс объекта. После возврата сбрасывателя в исходное положение транспортёры запускаются. Входной транспортёр имеет задержку запуска 4 секунды для компенсации времени разгона остальных транспортёров, которые управляются частотными преобразователями. Возможные нештатные ситуации - срабатывание датчика без объекта, отсутствие исходного положения сбрасывателя, отсутствие реакции сбрасывателя на сигал сброса, превышение габаритов объекта (датчик на входе), превышение длины объекта в результате нахлёста или неисправности датчика наличия. Также контролируется готовность датчика дефектов и частотных преобразователей привода движения.

Больше всего при разработке программы напрягали логические элементы без возможности расширения количества входов, прямо как старые добрые ЛА3. В старших контроллерах входы элемента можно наращивать по мере необходимости. Ещё если к выходу элемента подключен десяток входов и вдруг понадобилось добавить в разрыв ещё элемент - перерисовывать придётся все 10 линий. Особенно это доставляет, когда они идут на другие страницы - не помешало бы сделать повторители. Все выходы элементов нужно куда-то подключать, даже если они не нужны - придётся использовать открытый коннектор, без этого можно запустить симуляцию, но нельзя загрузить программу в контроллер. Этих коннекторов ограниченное количество, если не хватает - нужны логические элементы для объединения бесполезных сигналов. Ну и пользовательские функции для повторяющихся блоков - у меня их не было, но даже если бы я взял более новую модель LOGO - это бы не помогло, не влез в ограничения. Ну ладно, я знал на что иду - это же просто программируемое реле, и подобное его использование скорее исключение.

Программа в графическом виде разместилась на 8 листах А4, тут я привожу её в виде двух картинок (осторожно, они большие).

Это реальный проект, работающий в железе уже пятый год с небольшими доработками - добавлена светозвуковая индикация запуска входного транспортёра, были эксперименты со сбросом без остановки (добавлено как отключаемая опция).