Introducere în tehnologia comunicațiilor industriale fără fir
Wireless-ul industrial are un potențial imens de dezvoltare
Cele mai recente cercetări ale HSM Networks arată că piața rețelelor industriale continuă să se extindă, cu o creștere estimată la 7% în 2024. Este demn de remarcat faptul că tehnologia wireless a crescut constant în ultimii ani, deși rata de creștere a încetinit ușor, conform rapoartelor. În funcție de tipul de rețea, soluțiile wireless reprezintă încă 7% din cota totală. Piața continuă să introducă mai multe produse industriale compatibile cu tehnologia wireless, iar acceptarea soluțiilor wireless în mediile industriale este în creștere. Cazurile de utilizare tipice includ aplicații de înlocuire a cablurilor, accesul wireless la mașini și conectivitatea la echipamente industriale mobile.
Documentul alb de cercetare și dezvoltare „Industria 4.0” din Germania și „Strategia de implementare și arhitectura de referință pentru Industria 4.0” consideră ambele tehnologia wireless o componentă importantă a cercetării și inovării în tehnologia de comunicații în rețea din Industria 4.0.
Motivul pentru care Industria germană 4.0 și Internetul industrial american acordă o importanță deosebită aplicării tehnologiei wireless în industrie este acela că rețelele wireless au avantaje evidente față de rețelele industriale cu fir existente.
● Reduce semnificativ costurile de construcție și întreținere a rețelei. Rețelele wireless pot fi implementate rapid, iar cablurile și dispozitivele de protecție aferente pot fi amplasate fără fir pe șantiere, ateliere, fabrici și alte medii. Costurile de instalare și întreținere sunt reduse.
● Îmbunătățirea flexibilității liniei de producție. Tehnologia wireless permite mobilitatea echipamentelor de teren și permite reconstrucția flexibilă și rapidă a liniilor de producție pe baza producției industriale și a nevoilor aplicațiilor.
● Realizați o gamă largă de medii de implementare. Deoarece tehnologia wireless depășește limitele implementării prin cablu și are diverse arhitecturi de rețea, cum ar fi mesh și stea, aceasta poate realiza o implementare rapidă într-o varietate de scenarii industriale.
Tehnologii wireless implicate în rețelele industriale
În funcție de distanța de comunicare fără fir, tehnologia de comunicații fără fir poate fi împărțită în tehnologie de comunicații fără fir de rază scurtă de acțiune și tehnologie de comunicații de rețea de arie largă:
● Tehnologie de comunicații wireless pe distanțe scurte: include tehnologii tradiționale de comunicații pe distanțe scurte, cum ar fi WLAN, Bluetooth, ZigBee și RFID, și tehnologii dedicate de comunicații pe distanțe scurte pentru aplicații industriale, reprezentate de WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA etc.
● Tehnologie de comunicații prin rețea de arie largă: inclusiv tehnologia celulară 2G/3G/4G/5G și tehnologia LPWA, NB-IOT și eMTC sunt tehnologii de spectru licențiate, iar LoRa și SigFox sunt tehnologii de spectru nelicențiate.
Caracteristici ale tehnologiei wireless
Aplicarea rețelelor wireless în industrie necesită diferite niveluri de optimizare a designului, în funcție de legăturile aplicației și de serviciile pe care le oferă. În funcție de viteza de comunicație wireless, comunicațiile wireless pot fi, de asemenea, împărțite în comunicații de mare viteză și comunicații de mică viteză. Scenariile tipice de aplicare a tehnologiei wireless sunt prezentate în tabel.
Categorie | Distanța de comunicare | Comunicare Rată | Aplicație tipică |
Bluetooth | 10 metri | 20 de milioane | Comunicare la distanță scurtă, streaming audio, sincronizare fișiere |
Wifi | 50m | 200 de milioane | Rețea de acasă sau de la birou, videoclipuri online, jocuri mari și descărcări de fișiere etc. |
Zigbee
| 200 m | 250 kbps | Bandă de frecvență 2.4G, viteză redusă și consum redus de energie. Utilizat pentru dispozitive IoT, cum ar fi comunicarea datelor prin senzori și telecomanda aparatelor electrocasnice. |
WirelessHART | 200 m | 250 kbps
| Bandă de frecvență 2.4G, viteză redusă, consum redus de energie și fiabilitate ridicată. S-au făcut multe optimizări tehnice pentru amplasamentele industriale în ceea ce privește fiabilitatea, garanție anti-interferențe și întârziere. |
LoRa
| 1-20 km
| 0,3-5 kbps
| Bandă de frecvență SubG licențiată gratuit, agricultură inteligentă, clădiri inteligente urmărirea logisticii, trebuie să vă construiți propria rețea. |
NB-IoT
| 1-20 km
| <250 kbps
| Bandă de frecvență autorizată SubG, contor de apă, parcare, urmărire animale de companie, Detector de fum, utilizând rețeaua operatorului. |
5G
| 500 m
| 1 Gbps
| Viteză mare, latență redusă, număr mare de conexiuni, fiabilitate ridicată, conducere autonomă, drone, VR/AR, fabrici inteligente și îngrijire medicală inteligentă. |
Tendința de dezvoltare a rețelelor wireless va fi în principal suprapunerea și completată de integrare
Sistemele de control industrial sunt autonome și au ca prim criteriu stabilitatea și fiabilitatea, așa că firmele industriale sunt foarte precaute în ceea ce privește modificările pe care le fac. Întreprinderi precum producția industrială și serviciile industriale au o nevoie urgentă de date despre echipamentele de producție, mediul înconjurător, uneltele de producție etc. În plus, implementarea prin cablu este prea costisitoare și dificilă, așa că au adoptat o metodă de suprapunere pentru a implementa rețele wireless.
Metoda de suprapunere se referă la construirea unei rețele wireless în afara rețelei existente a fabricii pentru a colecta informații despre echipamente și produse și pentru a efectua controlul echipamentelor în timp real și non-real în anumite scenarii. Unele companii încearcă, de asemenea, să adopte o abordare convergentă pentru a implementa rețele wireless, adică utilizarea rețelelor wireless pentru a înlocui treptat unele dintre terminalele existente ale rețelei de control industrial (cum ar fi magistralele de câmp și rețelele mari) pentru a realiza colectarea și controlul wireless al informațiilor.
