Вступ до технології бездротового промислового зв'язку
Промисловий бездротовий зв'язокмає величезний потенціал розвитку
Останні дослідження HSM Networks показують, що ринок промислових мереж продовжує розширюватися, і очікується, що зростання зросте на 7% у 2024 році. Варто зазначити, що бездротові технології стабільно зростають в останні роки, хоча темпи зростання, згідно зі звітами, дещо сповільнилися. За типом мережі бездротові рішення все ще становлять 7% від загальної частки. Ринок продовжує впроваджувати більше промислових бездротових продуктів, і прийняття бездротових рішень у виробничих середовищах зростає. Типові випадки використання включають заміну кабелів, бездротовий доступ до машин і підключення до мобільного промислового обладнання.
У німецькому документі «Дослідження та розробки Індустрії 4.0» (d") та «Стратегія впровадження та довідкова архітектура Індустрії 4.0» (d") бездротові технології розглядаються як важливий компонент досліджень та інновацій у сфері мережевих комунікаційних технологій Індустрії 4.0.
Американський промисловий інтернет-консорціум IIC надає великого значення застосуванню бездротових технологій у промисловості. Альянс спеціально створив групу мережевого з'єднання для проведення досліджень мережевих технологій.
Причина, чому німецька «Промисловість 4.0» та американський промисловий Інтернет надають великого значення застосуванню бездротових технологій у промисловості, полягає в тому, що бездротові мережі мають очевидні переваги над існуючими промисловими дротовими мережами.
● Значно зменшити витрати на будівництво та обслуговування мережі. Бездротові мережі можна швидко розгорнути, а кабелі та пов'язані з ними захисні пристрої можна прокладати бездротовим способом на об'єктах, у майстернях, на заводах та в інших середовищах. Витрати на встановлення та обслуговування зменшуються.
● Підвищити гнучкість виробничої лінії. Бездротові технології забезпечують мобільність польового обладнання та дозволяють гнучко та швидко реконструювати виробничі лінії відповідно до потреб промислового виробництва та застосування.
● Досягніть широкого спектру середовищ розгортання. Оскільки бездротова технологія долає обмеження розгортання кабельних мереж і має різні мережеві архітектури, такі як mesh та star, вона може досягти швидкого розгортання в різних промислових сценаріях.
Бездротові технології, що використовуються в промислових мережах
Залежно від відстані бездротового зв'язку, технології бездротового зв'язку можна розділити на технології бездротового зв'язку малого радіусу дії та технології мережевого зв'язку широкого радіусу дії:
● Технологія бездротового зв'язку на короткі відстані: включаючи традиційні технології зв'язку на коротких відстанях, такі як WLAN, Bluetooth, ZigBee та RFID, а також спеціалізовані технології зв'язку на коротких відстанях для промислового застосування, представлені WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA тощо.
● Технологія зв'язку глобальної мережі:включаючи стільникові технології 2G/3G/4G/5G та технологію LPWA, NB-IOT та eMTC є ліцензованими технологіями спектру, а LoRa та SigFox – неліцензованими технологіями спектру.
Функції бездротової технології
Застосування бездротових мереж у промисловості вимагає різних рівнів оптимізації проектування залежно від їх прикладних каналів та послуг, які вони надають. За швидкістю бездротового зв'язку, бездротовий зв'язок також можна розділити на високошвидкісний та низькошвидкісний. Типові сценарії застосування бездротових технологій наведено в таблиці.
Категорія | Відстань зв'язку | Швидкість зв'язку | Типове застосування |
Блютуз | 10 м | 20 млн. | Зв'язок на короткі відстані, потокове аудіо, синхронізація файлів |
Wi-Fi | 50 м | 200 млн. | Домашня або офісна мережа, онлайн-відео, великі ігри та завантаження файлів тощо. |
Зігбі
| 200 м | 250 кбіт/с | Частотний діапазон 2,4 ГГц, низька швидкість та низьке енергоспоживання. Використовується для пристроїв Інтернету речей, таких як передача даних датчиків та дистанційне керування побутовою технікою. |
Бездротовий HART | 200 м | 250 кбіт/с
| Частотний діапазон 2.4G, низька швидкість, низьке енергоспоживання та висока надійність.Для промислових об'єктів було проведено багато технічної оптимізації з точки зору надійності, захисту від перешкод та гарантії затримок. |
ЛоРа
| 1-20 км
| 0,3-5 кбіт/с
| Свільний ліцензований діапазон частот ubG, розумне сільське господарство, розумні будівлі,відстеження логістики, потрібно створити власну мережу. |
NB-IoT
| 1-20 км
| <250 кбіт/с
| Авторизований діапазон частот SubG, лічильник води, паркування, відстеження домашніх тварин,димова сигналізація, використовуючи мережу оператора. |
5G
| 500 м
| 1 Гбіт/с
| Висока швидкість, низька затримка, велика кількість підключень, висока надійність,автономне водіння, дрони, віртуальна/доповнена реальність (VR/AR), розумні фабрики та розумна медична допомога. |
Тенденція розвитку бездротових мереж буде переважно суперпозицією та доповнюватися інтеграцією.
Промислові системи керування є автономними та ставлять стабільність і надійність як головний критерій, тому промислові компанії дуже обережно ставляться до їх модифікацій. Такі підприємства, як промислове виробництво та промислові послуги, мають нагальну потребу в даних про виробниче обладнання, навколишнє середовище, виробничі інструменти тощо. Крім того, дротове розгортання є занадто дорогим і складним, тому вони застосували метод накладання для розгортання бездротових мереж.
Метод накладання стосується побудови бездротової мережі поза межами існуючої заводської мережі для збору інформації про обладнання та продукцію, а також для здійснення керування обладнанням у режимі реального часу та не в режимі реального часу в деяких сценаріях. Деякі компанії також намагаються застосувати конвергентний підхід до розгортання бездротових мереж, тобто використовувати бездротові мережі для поступової заміни деяких існуючих промислових терміналів мереж керування (таких як польові шини та великі мережі) для досягнення бездротового збору та керування інформацією.
