Introduktion till trådlös industriell kommunikationsteknik
Industriell trådlös teknik har enorm utvecklingspotential
Den senaste forskningen från HSM Networks visar att marknaden för industriella nätverk fortsätter att expandera, med en förväntad tillväxt på 7 % under 2024. Det är värt att notera att trådlös teknik har vuxit stadigt de senaste åren, även om tillväxttakten har avtagit något enligt rapporter. Per nätverkstyp står trådlösa lösningar fortfarande för 7 % av den totala andelen. Marknaden fortsätter att introducera fler industriella trådlöst aktiverade produkter, och acceptansen av trådlösa lösningar i fabriksmiljöer ökar. Typiska användningsområden inkluderar kabelbyte, trådlös maskinåtkomst och anslutning till mobil industriell utrustning.
Tysklands "Industry 4.0 FoU-vitbok" och "Industry 4.0 Implementation Strategy and Reference Architecture" betraktar båda trådlös teknik som en viktig komponent i forskning och innovation inom nätverkskommunikationsteknik inom Industri 4.0.
Anledningen till att tysk Industri 4.0 och det amerikanska industriella internet lägger stor vikt vid tillämpningen av trådlös teknik inom industrin är att trådlösa nätverk har uppenbara fördelar jämfört med befintliga industriella trådbundna nätverk.
● Minska kostnaderna för nätverksbyggnation och underhåll avsevärt. Trådlösa nätverk kan driftsättas snabbt och kablar och tillhörande skyddsanordningar kan dras trådlöst på arbetsplatser, i verkstäder, fabriker och andra miljöer. Installations- och underhållskostnaderna minskar.
● Förbättra produktionslinjens flexibilitet. Trådlös teknik möjliggör mobilitet av fältutrustning och möjliggör flexibel och snabb ombyggnad av produktionslinjer baserat på industriell produktion och applikationsbehov.
● Uppnå en mängd olika implementeringsmiljöer. Eftersom trådlös teknik bryter igenom begränsningarna för kabelinstallation och har olika nätverksarkitekturer som mesh och star, kan den uppnå snabb implementering i en mängd olika industriella scenarier.
Trådlösa tekniker involverade i industriella nätverk
Beroende på det trådlösa kommunikationsavståndet kan trådlös kommunikationsteknik delas in i trådlös kommunikationsteknik med kort räckvidd och kommunikationsteknik med breda nätverk:
● Trådlös kommunikationsteknik för korta avstånd: inklusive traditionella kommunikationstekniker för korta avstånd som WLAN, Bluetooth, ZigBee och RFID, och dedikerade kommunikationstekniker för korta avstånd för industriella tillämpningar representerade av WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA, etc.
● Kommunikationsteknik för bredbandsnät: inklusive 2G/3G/4G/5G-mobilteknik och LPWA-teknik är NB-IOT och eMTC licensierade spektrumtekniker, och LoRa och SigFox är olicensierade spektrumtekniker.
Funktioner i trådlös teknik
Tillämpningen av trådlösa nätverk inom industrin kräver olika nivåer av optimeringsdesign baserat på dess applikationslänkar och de tjänster den bär. Beroende på den trådlösa kommunikationshastigheten kan trådlös kommunikation också delas in i höghastighetskommunikation och låghastighetskommunikation. Typiska tillämpningsscenarier för trådlös teknik visas i tabellen.
Kategori | Kommunikationsavstånd | Kommunikation Hastighet | Typisk tillämpning |
Bluetooth | 10m | 20 miljoner | Kortdistanskommunikation, ljudströmning, filsynkronisering |
WiFi | 50m | 200 miljoner | Hem- eller kontorsnätverk, onlinevideor, stora spel och filnedladdningar etc. |
Zigbee
| 200 m | 250 kbit/s | 2,4G-frekvensband, låg hastighet och låg strömförbrukning. Används för IoT-enheter, såsom sensordatakommunikation och fjärrstyrning av hushållsapparater. |
TrådlösHART | 200 m | 250 kbit/s
| 2,4G-frekvensband, låg hastighet, låg strömförbrukning och hög tillförlitlighet. Mycket teknisk optimering har gjorts för industrianläggningar vad gäller tillförlitlighet, garanti mot störningar och fördröjning. |
LoRa
| 1–20 km
| 0,3–5 kbps
| SubG fritt licensierat frekvensband, smart jordbruk, smarta byggnader, logistikspårning, behöver bygga ditt eget nätverk. |
NB-IoT
| 1–20 km
| <250 kbps
| SubG-auktoriserat frekvensband, vattenmätare, parkering, spårning av husdjur, rökdetektor, med hjälp av operatörens nätverk. |
5G
| 500 m
| 1 Gbps
| Hög hastighet, låg latens, stort antal anslutningar, hög tillförlitlighet, autonom körning, drönare, VR/AR, smarta fabriker och smart sjukvård. |
Utvecklingen av trådlösa nätverk kommer huvudsakligen att vara superpositionering och kompletteras av integration.
Industriella styrsystem är självständiga och prioriterar stabilitet och tillförlitlighet, så industriföretag är mycket försiktiga med sina modifieringar. Företag som industriell tillverkning och industriella tjänster har ett akut behov av data om produktionsutrustning, miljö, produktionsverktyg etc. Dessutom är kabelansluten installation för dyr och svår, så de har anammat en överlagringsmetod för att installera trådlösa nätverk.
Överlagringsmetoden avser att bygga ett trådlöst nätverk utanför det befintliga fabriksnätverket för att samla in utrustnings- och produktinformation, och i vissa scenarier utföra utrustningskontroll i realtid och icke-realtid. Vissa företag försöker också anta en konvergerad metod för att distribuera trådlösa nätverk, det vill säga att använda trådlösa nätverk för att gradvis ersätta några av de befintliga industriella kontrollnätverksterminalerna (såsom fältbussar och stora nätverk) för att uppnå trådlös informationsinsamling och kontroll.
