Introduzione alla tecnologia di comunicazione industriale wireless
Wireless industrialeha un enorme potenziale di sviluppo
Le ultime ricerche di HSM Networks mostrano che il mercato delle reti industriali continua a espandersi, con una crescita prevista del 7% nel 2024. È importante notare che la tecnologia wireless è cresciuta costantemente negli ultimi anni, sebbene il tasso di crescita abbia subito un leggero rallentamento secondo i report. Per tipologia di rete, le soluzioni wireless rappresentano ancora il 7% della quota totale. Il mercato continua a introdurre sempre più prodotti abilitati per reti wireless industriali e l'accettazione di soluzioni wireless negli ambienti di fabbrica è in crescita. I casi d'uso tipici includono applicazioni di sostituzione dei cavi, accesso wireless alle macchine e connettività ad apparecchiature industriali mobili.
Il libro bianco tedesco sulla ricerca e sviluppo dell'Industria 4.0 e la strategia di implementazione e architettura di riferimento dell'Industria 4.0 considerano entrambi la tecnologia wireless una componente importante della ricerca e dell'innovazione nella tecnologia di comunicazione di rete dell'Industria 4.0.
L'American Industrial Internet Consortium (IIC) attribuisce grande importanza all'applicazione della tecnologia wireless in ambito industriale. L'alleanza ha istituito appositamente un gruppo di ricerca sulle connessioni di rete per svolgere attività di ricerca sulle tecnologie di rete.
Il motivo per cui l'Industria 4.0 tedesca e l'Internet industriale americana attribuiscono grande importanza all'applicazione della tecnologia wireless nell'industria è che le reti wireless presentano evidenti vantaggi rispetto alle reti industriali cablate esistenti.
● Ridurre significativamente i costi di costruzione e manutenzione della rete. Le reti wireless possono essere implementate rapidamente e i cavi e i relativi dispositivi di protezione possono essere posati in modalità wireless in cantieri, officine, fabbriche e altri ambienti. I costi di installazione e manutenzione risultano ridotti.
● Migliorare la flessibilità della linea di produzione. La tecnologia wireless consente la mobilità delle apparecchiature sul campo e consente una ricostruzione rapida e flessibile delle linee di produzione in base alle esigenze di produzione e applicazione industriale.
● Ottieni un'ampia gamma di ambienti di distribuzione. Poiché la tecnologia wireless supera i limiti dell'implementazione via cavo e dispone di varie architetture di rete, come mesh e stella, può essere implementata rapidamente in una varietà di scenari industriali.
Tecnologie wireless coinvolte nelle reti industriali
In base alla distanza di comunicazione wireless, la tecnologia di comunicazione wireless può essere suddivisa in tecnologia di comunicazione wireless a corto raggio e tecnologia di comunicazione di rete WAN:
● Tecnologia di comunicazione wireless a breve distanza: comprese le tecnologie di comunicazione tradizionali a breve distanza come WLAN, Bluetooth, ZigBee e RFID, e le tecnologie di comunicazione dedicate a breve distanza per applicazioni industriali rappresentate da WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA, ecc.
● Tecnologia di comunicazione su rete WAN:tra cui la tecnologia cellulare 2G/3G/4G/5G e la tecnologia LPWA, NB-IOT ed eMTC sono tecnologie di spettro concesse in licenza, mentre LoRa e SigFox sono tecnologie di spettro senza licenza.
Caratteristiche della tecnologia wireless
L'applicazione delle reti wireless in ambito industriale richiede diversi livelli di ottimizzazione progettuale in base ai collegamenti applicativi e ai servizi che trasportano. In base alla velocità di comunicazione wireless, la comunicazione wireless può anche essere suddivisa in comunicazione ad alta velocità e comunicazione a bassa velocità. Nella tabella sono riportati gli scenari applicativi tipici della tecnologia wireless.
Categoria | Distanza di comunicazione | Velocità di comunicazione | Applicazione tipica |
Bluetooth | 10 metri | 20 milioni | Comunicazione a breve distanza, streaming audio, sincronizzazione dei file |
Wifi | 50 metri | 200 milioni | Rete domestica o aziendale, video online, giochi di grandi dimensioni e download di file, ecc. |
Zigbee
| 200 metri | 250 kbps | Banda di frequenza 2.4G, bassa velocità e basso consumo energetico. Utilizzata per dispositivi IoT, come la comunicazione dati dei sensori e il controllo remoto degli elettrodomestici. |
WirelessHART | 200 metri | 250 kbps
| Banda di frequenza 2.4G, bassa velocità, basso consumo energetico e alta affidabilità.Sono state apportate numerose ottimizzazioni tecniche ai siti industriali in termini di affidabilità, anti-interferenza e garanzia di ritardo. |
LoRa
| 1-20 km
| 0,3-5 kbps
| Sbanda di frequenza con licenza gratuita ubG, agricoltura intelligente, edifici intelligenti,monitoraggio logistico, necessità di creare la propria rete. |
NB-IoT
| 1-20 km
| <250 kbps
| Banda di frequenza autorizzata SubG, contatore dell'acqua, parcheggio, tracciamento degli animali domestici,rilevatore di fumo, tramite rete dell'operatore. |
5G
| 500 metri
| 1 Gbps
| Alta velocità, bassa latenza, elevato numero di connessioni, elevata affidabilità,guida autonoma, droni, realtà virtuale/aumentata, fabbriche intelligenti e assistenza medica intelligente. |
La tendenza di sviluppo delle reti wireless sarà principalmente la sovrapposizione e completata dall'integrazione
I sistemi di controllo industriale sono autonomi e considerano la stabilità e l'affidabilità come criteri primari, pertanto le aziende industriali sono molto caute nell'apportare modifiche. Aziende come la produzione industriale e i servizi industriali hanno un'urgente necessità di dati su apparecchiature di produzione, ambiente, strumenti di produzione, ecc. Inoltre, l'implementazione cablata è troppo costosa e complessa, quindi hanno adottato un metodo di overlay per implementare reti wireless.
Il metodo overlay prevede la creazione di una rete wireless esterna alla rete aziendale esistente per raccogliere informazioni su apparecchiature e prodotti e, in alcuni scenari, eseguire il controllo delle apparecchiature in tempo reale e non in tempo reale. Alcune aziende stanno anche cercando di adottare un approccio convergente per implementare reti wireless, ovvero utilizzando reti wireless per sostituire gradualmente alcuni dei terminali di rete di controllo industriale esistenti (come bus di campo e reti di grandi dimensioni) per ottenere la raccolta e il controllo wireless delle informazioni.
