Введение в беспроводные технологии промышленной связи
Промышленные беспроводные технологии обладают огромным потенциалом развития.
Последние исследования HSM Сети показывают, что рынок промышленных сетей продолжает расширяться, и ожидается, что в 2024 году темпы роста составят 7%. Стоит отметить, что беспроводные технологии стабильно развивались в последние годы, хотя, согласно отчетам, темпы роста несколько замедлились. По типу сети беспроводные решения по-прежнему занимают 7% от общей доли рынка. На рынок продолжает поступать все больше промышленных беспроводных продуктов, и растет признание беспроводных решений в заводских условиях. Типичные сценарии использования включают замену кабелей, беспроводной доступ к оборудованию и подключение к мобильному промышленному оборудованию.
В немецком документе «Индустрия 4.0: Белая книга» и «Стратегия внедрения и эталонная архитектура Индустрии 4.0» беспроводные технологии рассматриваются как важный компонент исследований и инноваций в области сетевых коммуникационных технологий Индустрии 4.0.
Причина, по которой немецкая концепция «Индустрия 4.0» и американская концепция «Промышленный интернет» придают большое значение применению беспроводных технологий в промышленности, заключается в том, что беспроводные сети обладают очевидными преимуществами перед существующими проводными промышленными сетями.
● Значительное снижение затрат на строительство и обслуживание сетей. Беспроводные сети могут быть быстро развернуты, а кабели и соответствующие защитные устройства могут прокладываться беспроводным способом на объектах, в мастерских, на заводах и в других местах. Снижаются затраты на установку и обслуживание.
● Повышение гибкости производственной линии. Беспроводные технологии обеспечивают мобильность полевого оборудования и позволяют гибко и быстро перестраивать производственные линии в соответствии с потребностями промышленного производства и применения.
● Возможность развертывания в самых разных условиях. Благодаря тому, что беспроводные технологии преодолевают ограничения кабельного развертывания и имеют различные сетевые архитектуры, такие как ячеистая и звездообразная, они позволяют быстро развертывать сети в различных промышленных сценариях.
Беспроводные технологии, используемые в промышленных сетях
В зависимости от дальности беспроводной связи, технологии беспроводной связи можно разделить на технологии беспроводной связи ближнего радиуса действия и технологии связи в широких сетях:
● Технологии беспроводной связи на коротких расстояниях: включая традиционные технологии связи на коротких расстояниях, такие как Беспроводная сеть, Bluetooth, Зигби и RFID, а также специализированные технологии связи на коротких расстояниях для промышленного применения, представленные WirelessHART, ISA100.11a, ВИА-Пенсильвания и др.
● Технологии широкополосной связи: включая сотовые технологии 2G/3G/4G/5G и технологию LPWA, НБ-Интернет вещей и eMTC являются технологиями, использующими лицензированный спектр, а LoRa и SigFox — технологиями, использующими нелицензированный спектр.
Функции беспроводных технологий
Применение беспроводных сетей в промышленности требует различных уровней оптимизации проектирования в зависимости от используемых каналов связи и предоставляемых услуг. В зависимости от скорости беспроводной связи, её также можно разделить на высокоскоростную и низкоскоростную. Типичные сценарии применения беспроводных технологий показаны в таблице.
Категория | Дистанция коммуникации | Коммуникация Ставка | Типичное применение |
Bluetooth | 10 м | 20М | Связь на коротких расстояниях, потоковая передача аудио, синхронизация файлов. |
Ви-Фи | 50 м | 200М | Домашняя или офисная сеть, онлайн-видео, большие игры и загрузка файлов и т. д. |
Зигби
| 200 м | 250 кбит/с | Диапазон частот 2,4 ГГц, низкая скорость и низкое энергопотребление. Используется для устройств Интернета вещей (Интернет вещей). например, передача данных с датчиков и дистанционное управление бытовой техникой. |
WirelessHART | 200 м | 250 кбит/с
| Диапазон частот 2,4 ГГц, низкая скорость, низкое энергопотребление и высокая надежность. Для повышения надежности промышленных объектов была проведена значительная техническая оптимизация. Гарантия защиты от помех и задержки. |
LoRa
| 1-20 км
| 0,3-5 кбит/с
| Бесплатный лицензированный частотный диапазон СубГ, умное сельское хозяйство, умные здания. Для отслеживания логистики необходимо создать собственную сеть. |
НБ-Интернет вещей
| 1-20 км
| <250 кбит/с
| Разрешенный частотный диапазон СубГ, счетчик воды, парковка, отслеживание домашних животных. Детектор дыма, использующий операторскую сеть. |
5G
| 500 м
| 1 Гбит/с
| Высокая скорость, низкая задержка, большое количество соединений, высокая надежность. автономное вождение, дроны, VR/АР, умные заводы и интеллектуальное медицинское обслуживание. |
Тенденция развития беспроводных сетей будет преимущественно суперпозиционной, дополненной интеграцией.
Системы промышленного управления являются автономными и ставят стабильность и надежность на первое место, поэтому промышленные предприятия очень осторожно подходят к их модификации. Предприятия, такие как предприятия промышленного производства и сферы услуг, остро нуждаются в данных о производственном оборудовании, окружающей среде, производственных инструментах и т. д. Кроме того, проводное развертывание слишком дорого и сложно, поэтому они перешли к методу наложения для развертывания беспроводных сетей.
Метод наложения подразумевает создание беспроводной сети за пределами существующей заводской сети для сбора информации об оборудовании и продукции, а также для осуществления управления оборудованием в режиме реального времени и в нереальном времени в некоторых сценариях. Некоторые компании также пытаются внедрить конвергентный подход к развертыванию беспроводных сетей, то есть использовать беспроводные сети для постепенной замены некоторых существующих терминалов промышленной сети управления (таких как полевые шины и крупные сети) для обеспечения беспроводного сбора информации и управления.
