Bevezetés a vezeték nélküli ipari kommunikációs technológiába
Az ipari vezeték nélküli hálózatok hatalmas fejlesztési potenciállal rendelkeznek
A HSM Networks legfrissebb kutatása szerint az ipari hálózati piac továbbra is bővül, a növekedés várhatóan 7%-kal fog növekedni 2024-ben. Érdemes megjegyezni, hogy a vezeték nélküli technológia az elmúlt években folyamatosan növekedett, bár a jelentések szerint a növekedés üteme kissé lassult. Hálózattípus szerint a vezeték nélküli megoldások továbbra is a teljes részesedés 7%-át teszik ki. A piac továbbra is egyre több ipari vezeték nélküli terméket vezet be, és a vezeték nélküli megoldások elfogadottsága a gyári környezetekben növekszik. A tipikus felhasználási esetek közé tartoznak a kábelcsere-alkalmazások, a vezeték nélküli géphozzáférés és a mobil ipari berendezésekhez való csatlakoztatás.
A német „"Industry 4.0 K+F White Paper"” és „"Industry 4.0 Implementation Strategy and Reference Architecture"” is a vezeték nélküli technológiát az Ipar 4.0 hálózati kommunikációs technológiai kutatásának és innovációjának fontos elemének tekinti.
Azért tulajdonít a német Ipar 4.0 és az amerikai Ipari Internet nagy jelentőséget a vezeték nélküli technológia ipari alkalmazásának, mert a vezeték nélküli hálózatok nyilvánvaló előnyökkel rendelkeznek a meglévő ipari vezetékes hálózatokkal szemben.
● Jelentősen csökkenti a hálózatépítési és karbantartási költségeket. A vezeték nélküli hálózatok gyorsan telepíthetők, a kábelek és a kapcsolódó védőeszközök pedig vezeték nélkül fektethetők le telephelyeken, műhelyekben, gyárakban és más környezetekben. A telepítési és karbantartási költségek csökkennek.
● A gyártósor rugalmasságának javítása. A vezeték nélküli technológia lehetővé teszi a terepi berendezések mobilitását, valamint a gyártósorok rugalmas és gyors rekonstrukcióját az ipari termelés és az alkalmazási igények alapján.
● Széleskörű telepítési környezetek elérése. Mivel a vezeték nélküli technológia áttöri a kábeles telepítés korlátait, és különféle hálózati architektúrákkal rendelkezik, például mesh és csillag hálózattal, gyorsan telepíthető különféle ipari helyzetekben.
Ipari hálózatokban alkalmazott vezeték nélküli technológiák
A vezeték nélküli kommunikációs távolság szerint a vezeték nélküli kommunikációs technológia rövid hatótávolságú vezeték nélküli kommunikációs technológiára és nagy kiterjedésű hálózati kommunikációs technológiára osztható:
● Rövid hatótávolságú vezeték nélküli kommunikációs technológia: beleértve a hagyományos rövid hatótávolságú kommunikációs technológiákat, mint például a WLAN, Bluetooth, ZigBee és RFID, valamint az ipari alkalmazásokhoz készült, dedikált rövid hatótávolságú kommunikációs technológiákat, amelyeket a WirelessHART, az ISA100.11a, a WIA-PA stb. képvisel.
● Nagy kiterjedésű hálózati kommunikációs technológia: beleértve a 2G/3G/4G/5G mobilhálózati technológiát és az LPWA technológiát, az NB-IOT és az eMTC licencelt spektrumtechnológiák, míg a LoRa és a SigFox licenc nélküli spektrumtechnológiák.
Vezeték nélküli technológia jellemzői
A vezeték nélküli hálózatok ipari alkalmazása az alkalmazási kapcsolatoktól és az általuk nyújtott szolgáltatásoktól függően különböző szintű optimalizálást igényel. A vezeték nélküli kommunikációs sebesség szerint a vezeték nélküli kommunikáció nagysebességű és alacsony sebességű kommunikációra osztható. A tipikus vezeték nélküli technológiai alkalmazási forgatókönyveket a táblázat mutatja.
Kategória | Kommunikációs távolság | Kommunikáció Arány | Tipikus alkalmazás |
Bluetooth | 10 méter | 20 millió | Rövid távú kommunikáció, hangstreamelés, fájlszinkronizálás |
WiFi | 50 méter | 200 méter | Otthoni vagy irodai hálózat, online videók, nagyméretű játékok és fájlletöltések stb. |
Zigbee
| 200 méter | 250 kbps | 2.4G frekvenciasáv, alacsony sebesség és alacsony energiafogyasztás. IoT eszközökhöz használják. például az érzékelők adatkommunikációja és a háztartási gépek távirányítója. |
Vezeték nélküli HART | 200 méter | 250 kbps
| 2.4G frekvenciasáv, alacsony sebesség, alacsony energiafogyasztás és nagy megbízhatóság. Az ipari telephelyek megbízhatósága tekintetében számos műszaki optimalizálást végeztek, interferencia- és késleltetésgátló garancia. |
LoRa
| 1-20 km
| 0,3–5 kbps
| SubG szabad licencű frekvenciasáv, intelligens mezőgazdaság, intelligens épületek, logisztikai nyomon követés, saját hálózat kiépítése szükséges. |
NB-IoT
| 1-20 km
| <250 kbps
| SubG engedélyezett frekvenciasáv, vízóra, parkolás, háziállat-követés, füstjelző, operátori hálózat használatával. |
5G
| 500 méter
| 1 Gbps
| Nagy sebesség, alacsony késleltetés, nagyszámú kapcsolat, nagy megbízhatóság, önvezető autók, drónok, VR/AR, intelligens gyárak és intelligens orvosi ellátás. |
A vezeték nélküli hálózatok fejlődési trendje főként a szuperpozíció lesz, amelyet az integráció egészít ki.
Az ipari vezérlőrendszerek önállóak, és a stabilitást, valamint a megbízhatóságot tekintik elsődleges kritériumnak, ezért az ipari vállalatok nagyon óvatosak a módosításaikkal kapcsolatban. Az olyan vállalatoknak, mint az ipari gyártás és az ipari szolgáltatások, sürgősen szükségük van adatokra a gyártóberendezésekről, a környezetről, a gyártóeszközökről stb. Ezenkívül a vezetékes telepítés túl drága és nehéz, ezért átfedési módszert alkalmaztak a vezeték nélküli hálózatok telepítésére.
Az átfedési módszer egy vezeték nélküli hálózat kiépítését jelenti a meglévő gyári hálózaton kívül, hogy berendezésekre és termékekre vonatkozó információkat gyűjtsenek, és bizonyos esetekben valós és nem valós idejű berendezéseket vezéreljenek. Egyes vállalatok konvergált megközelítést is alkalmaznak a vezeték nélküli hálózatok telepítésére, azaz vezeték nélküli hálózatokkal fokozatosan lecserélik a meglévő ipari vezérlőhálózati terminálokat (például terepi buszokat és nagy hálózatokat) a vezeték nélküli információgyűjtés és -vezérlés megvalósítása érdekében.
