Inleiding tot draadloze industriële communicatietechnologie
Industriële draadloze communicatie heeft een enorm ontwikkelingspotentieel.
Recent onderzoek van HSM Networks toont aan dat de markt voor industriële netwerken blijft groeien, met een verwachte groei van 7% in 2024. Het is belangrijk om te vermelden dat draadloze technologie de afgelopen jaren gestaag is gegroeid, hoewel het groeitempo volgens rapporten iets is afgenomen. Draadloze oplossingen vertegenwoordigen nog steeds 7% van het totale marktaandeel. De markt introduceert steeds meer industriële producten met draadloze mogelijkheden en de acceptatie van draadloze oplossingen in fabrieksomgevingen neemt toe. Typische toepassingen zijn onder andere het vervangen van kabels, draadloze toegang tot machines en connectiviteit met mobiele industriële apparatuur.
Zowel het Duitse whitepaper over Industrie 4.0-onderzoek en -ontwikkeling als de implementatiestrategie en referentiearchitectuur voor Industrie 4.0 beschouwen draadloze technologie als een belangrijk onderdeel van onderzoek en innovatie op het gebied van netwerkcommunicatietechnologie voor Industrie 4.0.
De reden waarom de Duitse Industrie 4.0 en het Amerikaanse Industriële Internet zoveel waarde hechten aan de toepassing van draadloze technologie in de industrie, is dat draadloze netwerken duidelijke voordelen bieden ten opzichte van bestaande bekabelde industriële netwerken.
● De kosten voor netwerkaanleg en -onderhoud worden aanzienlijk verlaagd. Draadloze netwerken kunnen snel worden uitgerold en kabels en bijbehorende beveiligingsapparatuur kunnen draadloos worden aangelegd op locaties, in werkplaatsen, fabrieken en andere omgevingen. De installatie- en onderhoudskosten worden verlaagd.
● Verbeter de flexibiliteit van de productielijn. Draadloze technologie maakt de mobiliteit van veldapparatuur mogelijk en zorgt voor een flexibele en snelle herinrichting van productielijnen op basis van de behoeften van de industriële productie en toepassing.
● Breed scala aan implementatieomgevingen mogelijk maken. Omdat draadloze technologie de beperkingen van bekabeling overstijgt en diverse netwerkarchitecturen zoals mesh en stervormig netwerk biedt, kan deze snel worden ingezet in uiteenlopende industriële scenario's.
Draadloze technologieën die worden gebruikt in industriële netwerken.
Op basis van de draadloze communicatieafstand kan draadloze communicatietechnologie worden onderverdeeld in draadloze communicatietechnologie voor korte afstand en draadloze communicatietechnologie voor grote netwerken:
● Draadloze communicatietechnologie voor korte afstanden: inclusief traditionele communicatietechnologieën voor korte afstanden zoals WLAN, Bluetooth, ZigBee en RFID, en specifieke communicatietechnologieën voor korte afstanden voor industriële toepassingen, vertegenwoordigd door WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA, enz.
● Communicatietechnologie voor wide area networks: waaronder 2G/3G/4G/5G mobiele technologie en LPWA-technologie, NB-IOT en eMTC zijn technologieën waarvoor een licentie voor het spectrum vereist is, en LoRa en SigFox zijn technologieën waarvoor geen licentie voor het spectrum vereist is.
Kenmerken van draadloze technologie
De toepassing van draadloze netwerken in de industrie vereist verschillende niveaus van optimalisatie, afhankelijk van de verbindingslijnen en de diensten die ze leveren. Draadloze communicatie kan, afhankelijk van de snelheid, worden onderverdeeld in snelle en langzame communicatie. Typische toepassingsscenario's voor draadloze technologie worden weergegeven in de tabel.
Categorie | Communicatieafstand | Mededeling Tarief | Typische toepassing |
Bluetooth | 10m | 20M | Communicatie over korte afstand, audiostreaming, bestandssynchronisatie |
Wifi | 50m | 200M | Thuis- of kantoornetwerk, online video's, grote games en bestandsdownloads, enz. |
Zigbee
| 200m | 250 kbps | 2,4 GHz-frequentieband, lage snelheid en laag energieverbruik. Gebruikt voor IoT-apparaten. zoals de communicatie van sensorgegevens en de afstandsbediening van huishoudelijke apparaten. |
WirelessHART | 200m | 250 kbps
| 2,4 GHz-frequentieband, lage snelheid, laag stroomverbruik en hoge betrouwbaarheid. Er is veel technische optimalisatie doorgevoerd voor industriële locaties op het gebied van betrouwbaarheid. Garantie tegen storingen en vertraging. |
LoRa
| 1-20 km
| 0,3-5 kbps
| SubG-frequentieband zonder licentie, slimme landbouw, slimme gebouwen. Logistieke tracking vereist dat u uw eigen netwerk opbouwt. |
NB-IoT
| 1-20 km
| <250 kbps
| SubG-geautoriseerde frequentieband, watermeter, parkeren, huisdiervolgsysteem, Rookmelder, via een operatornetwerk. |
5G
| 500m
| 1 Gbps
| Hoge snelheid, lage latentie, groot aantal verbindingen, hoge betrouwbaarheid. Autonoom rijden, drones, VR/AR, slimme fabrieken en slimme medische zorg. |
De ontwikkelingstrend van draadloze netwerken zal voornamelijk bestaan uit superpositie, aangevuld met integratie.
Industriële besturingssystemen zijn op zichzelf staand en stabiliteit en betrouwbaarheid zijn de belangrijkste criteria. Daarom zijn industriële bedrijven zeer voorzichtig met aanpassingen aan deze systemen. Bedrijven in de industriële productie en dienstverlening hebben dringend behoefte aan gegevens over productieapparatuur, de omgeving, productiemiddelen, enzovoort. Bovendien is de aanleg van bekabelde systemen te duur en te complex, waardoor ze vaak kiezen voor een overlay-methode om draadloze netwerken te implementeren.
De overlaymethode houdt in dat er een draadloos netwerk buiten het bestaande fabrieksnetwerk wordt opgezet om informatie over apparatuur en producten te verzamelen en, in sommige gevallen, zowel realtime als niet-realtime apparatuur aan te sturen. Sommige bedrijven proberen ook een geconvergeerde aanpak te hanteren voor de implementatie van draadloze netwerken, waarbij draadloze netwerken geleidelijk een deel van de bestaande industriële besturingsnetwerkterminals (zoals veldbussen en grote netwerken) vervangen om draadloze informatieverzameling en -besturing mogelijk te maken.
