Przemysł procesowy i inne branże produkcyjne wprowadzają technologie cyfrowe w celu dalszego poprawy wydajności produkcji. Jako podstawowa technologia komunikacja bezprzewodowa, która zapewnia łączność wszędzie tam, gdzie jest wdrażana, staje się coraz ważniejsza. Jednocześnie komunikacja bezprzewodowa musi zaspokoić potrzeby różnych aplikacji, które stają się coraz trudniejsze.
01 Przegląd funkcji komunikacji 5G
Po 3G i 4G\/LTE „5G” to piąta generacja systemów komunikacji mobilnej. Podczas gdy te pokolenia systemów zostały opracowane bardziej do usług komunikacyjnych osobistych, 5G może być również wykorzystywane do infrastruktury sieciowej Internetu rzeczy (IoT), która połączy wszystkie urządzenia i obiekty w życiu codziennym, produkcji i innych branżach.
Trzy cechy komunikacji 5G i ich praktyczne zastosowania.
● Ulepszony mobilny łącznik szerokopasmowy
5G koncentruje się na zwiększeniu przepustowości danych szerokopasmowej komunikacji bezprzewodowej, która została ulepszona w poprzednich generacjach. Usługi szerokopasmowe dla smartfonów i innych urządzeń mobilnych są doskonałym przykładem korzystania z tej funkcji.
● Komunikacja o ultra-niezawodnej opóźnieniu
5G został zaprojektowany tak, aby umożliwić wysoce niezawodną komunikację bezprzewodową o niskiej opóźnieniu i w czasie rzeczywistym.
● Komunikacja maszynowa na dużą skalę
Ta funkcja oznacza, że wiele terminali o niskim ruchu jest połączonych jednocześnie.
02 Spektrum dedykowane w 5G
W przypadku większości istniejących technologii komunikacji bezprzewodowej, to nielicencjonowane spektrum może być używane do różnych scenariuszy z nieograniczoną liczbą użytkowników. Istnieje jednak ryzyko zakłóceń między różnymi systemami bezprzewodowymi na tym samym pasma częstotliwości.
03 Działanie sieci prywatnej (lokalny 5G)
Istniejące systemy komunikacji mobilnej są zwykle zaprojektowane w celu zapewnienia szerokiej gamy usług komunikacyjnych w ogólnokrajowej sieci ustanowionej przez operatora sieci komórkowej.
04 Międzynarodowa standaryzacja 5G
W niektórych krajach oczekuje się, że firmy i samorządy będą budować i obsługiwać własne dedykowane sieci 5G. Po uzyskaniu licencji lokalni operatorzy mogą korzystać wyłącznie z tych pasm w swoim regionie.
Oczekuje się, że 5G będzie używane w tradycyjnym branży komunikacji mobilnej i wielu innych branżach. Włączenie nowych wymagań dotyczących zastosowań przemysłowych jest ważnym czynnikiem w pomyślnym rozwoju standardów. Główne firmy z branży produkcyjnej i telekomunikacyjnej aktywnie uczestniczą i badają zastosowanie technologii 5G w branży produkcyjnej.
05 Pięć potencjalnych zastosowań w branży procesowej
W sektorze produkcyjnym wymagania komunikacyjne dla różnych aplikacji terenowych różnią się i jak wspomniano wcześniej, 5G powinno być wykorzystywane jako infrastruktura bezprzewodowa zdolna do wprowadzenia różnych aplikacji fabrycznych bezprzewodowych. Ponadto opracowywane są te zastosowania, które najlepiej wykorzystują funkcje komunikacyjne 5G w celu ułatwienia cyfrowych zdalnych operacji w produkcji.
1. Obsługa operacji na miejscu urządzeń mobilnych
Urządzenia mobilne są wdrażane w terenie, aby zwiększyć wydajność, a obecne pokrycie sieci i ograniczenia pasma w terenie ograniczają obsługę aplikacji poprzez komunikację bezprzewodową. 5G umożliwi szerokopasmową komunikację bezprzewodową przy wyższych prędkościach i niższym opóźnieniu w dowolnym obszarze fabryki.
Rzeczywistość rozszerzona (AR) jest jednym z scenariuszy aplikacji 5G ulepszonego mobilnego łącza szerokopasmowego. Chociaż AR wymaga wielu danych, może nakładać obrazy o wysokiej rozdzielczości na urządzenie docelowe i wyświetlać je w czasie rzeczywistym na tablet pracownika lub urządzenie terminalowe, zapewniając intuicyjne rozwiązanie. Pracownicy terenowi mogą obsługiwać docelowy sprzęt podczas odwołania się do nałożonych procedur roboczych lub udostępniać obrazy w czasie rzeczywistym z technikami w odległych lokalizacjach i uzyskać określone zalecenia. Pomaga nie tylko poprawić wydajność, niezawodność i bezpieczeństwo pracy w terenie, ale także może skuteczniej przekazywać umiejętności poprzez praktykę.
2. Zdalne monitorowanie za pomocą obrazów o wysokiej rozdzielczości
5G ma większą pojemność niż poprzednia generacja 4G\/LTE, szczególnie pod względem komunikacji łącza w górę. Umożliwia to przesyłanie strumieniowe wideo w rozdzielczości 4K lub wyższej w czasie rzeczywistym. W fabrykach jednym potencjalnym zastosowaniem jest użycie kamer bezprzewodowych do zdalnego monitorowania. Gdy przejrzystość obrazu jest wystarczająco wysoka, aby rozróżnić subtelne zmiany w kolorze powierzchni cieczy lub korozji rury, kontrolę wzrokową można przeprowadzić zdalnie. Obrazy o wysokiej rozdzielczości mogą być również używane jako dane wejściowe dla analizy AI, które mogą automatycznie wykrywać anomalie, takie jak nieautoryzowane wtargnięcie ludzkie lub sytuacje, takie jak pożary.
3. Roboty w chmurze
Gdy populacja pracująca się kurczy, oczekuje się, że roboty mobilne zapewnią, że fabryki będą działać bezpiecznie i niezawodnie. Roboty poruszają się autonomicznie w całej fabryce, zajmując miejsce patrolowania niebezpiecznych obszarów. Drony mogą wykonywać prace na dużych wysokościach, które mogą być niebezpieczne dla pracowników. „Robotyka w chmurze” pojawia się jako obiecująca technologia. Ponieważ funkcje sterowania w chmurze nie są ograniczone przez wydajność obliczeniową robota, można wdrożyć zaawansowane funkcje sterowania.
Wykorzystując właściwości o dużej prędkości i o dużej pojemności, 5G umożliwia mobilne roboty bezprzewodowe łączenie się z funkcjami sterowania w chmurze w czasie rzeczywistym. Używaj masowych zasobów obliczeniowych w chmurze i przetwarzaj duże ilości danych czujników w czasie rzeczywistym. Ultra-niezawodne i niskie funkcje oferowane przez 5G pozwalają na wykorzystanie w nagłych wypadkach, wrażliwej na czas komunikacji, które mogą uniknąć zdarzeń, takich jak kolizje między robotami i urządzeniami procesowymi mobilnymi.
4. System kontroli bezprzewodowej\/chmur
Istniejąca technologia bezprzewodowa nie może jednocześnie osiągnąć wysokiej niezawodności i niskiego opóźnienia, ale można ją osiągnąć za pomocą 5G. To sprawia, że 5G jest dostępne do zastosowań o krytycznym misji. Jedną z możliwych aplikacji jest bezprzewodowa część rozproszonego systemu sterowania (DCS) w celu zmniejszenia kosztów instalacji i utrzymania kabli komunikacyjnych na szerokim obszarze zakładu. Punkty monitorowania można również dodawać i modyfikować bez manipulacji kablami komunikacyjnymi.
Ponadto, jeśli 5G zapewnia wysoce niezawodną komunikację o niskiej opóźnieniu między urządzeniami terenowymi a chmurą, kontrolery i inne funkcje DCS mogą być skonfigurowane w chmurze, jednocześnie utrzymując wydajność o krytycznym misji. Oprócz zewnętrznych systemów chmurowych, 5G może być również używane z wieloma dostępnymi obliczeniami Edge (MEC), która zbuduje platformę obliczeniową o niskiej opóźnieniu w sieci. Gdy aplikacje kontrolne są zaimplementowane na platformie MEC, usługi kontroli w chmurze można umożliwić w pełni skorzystać z wysokiej niezawodności i niskiego opóźnienia 5G bez potrzeby Internetu lub innych sieci.
5. Połączone czujniki dla cyfrowych bliźniaków
Cyfrowy bliźniak jest cyfrową realizacją rzeczywistej fabryki w cyberprzestrzeni i jest podstawą cyfrowej transformacji operacji fabrycznych. Zastosowania nie ograniczają się do statycznych cyfrowych informacji o projektowaniu roślin. Cyfrowe bliźniaki odzwierciedlają rzeczywiste warunki zakładu w czasie rzeczywistym, umożliwiając konserwację predykcyjną i zoptymalizowane operacje poprzez symulację i analizy AI.
Aby dokładniej zsynchronizować stan fizycznych i cyfrowych bliźniaków, firmy muszą dokładnie zrozumieć stan sprzętu, rurociągów i innych aktywów, a także pogody i innych warunków. Aby to zrobić, fabryka musiała zainstalować wiele czujników. Aby zaspokoić to zapotrzebowanie, każdy czujnik musi być bezprzewodowy, niedrogi i mógł działać przez lata bez konieczności wymiany baterii. Zdolność 5G do łączenia wielu urządzeń w tym samym czasie jest kluczem do tej aplikacji.
Potencjalne przypadki aplikacji 5G w fabrykach obejmują obsługę urządzeń mobilnych, zdalne monitorowanie, robotykę w chmurze, systemy sterowania bezprzewodowego\/chmury oraz ulepszoną łączność czujników do cyfrowej optymalizacji podwójnej.
06 Status i wyzwania dotyczące przemysłowych zastosowań 5G
Pomimo wielu potencjalnych przypadków aplikacji w fabryce 5G nie zostało jeszcze szeroko wdrożone w branży procesowej. Aplikacje przemysłowe 5G wciąż stoją przed wieloma wyzwaniami.
Aby zaspokoić potrzeby aplikacji konsumenckich i przemysłowych, 5G musi obsługiwać wiele funkcji. Standard 5G jest opracowywany w sposób stopniowy o różnych priorytetach. R16 i nowsze wersje standardu 5G obejmują funkcje, które można wykorzystać do zastosowań przemysłowych. Zwiększają one komunikację o wysokiej niezawodności, niskiej opóźnieniu i prywatne sieci, a także wspierają współdziałanie z sieciami wrażliwymi na czas (TSN), niezbędną technologią sieci w automatyzacji.
Możliwości sektora przemysłowego zostaną dodatkowo wzmocnione w standardach R18 i późniejszych (5G). Podczas gdy 5G oferuje zaawansowane możliwości przemysłowe, takie jak wysoka niezawodność, niskie opóźnienia i wielopunktowa łączność, potrzebny jest dalszy rozwój standardów 5G, produktów zgodności i infrastruktury, aby wspierać te możliwości.
Konfiguracje testów z koncepcji koncepcji wykorzystują nowe algorytmy i 5G, aby rozwiązać trudne zaawansowane wyzwania kontroli procesu.
07 Dowód koncepcji technologii zdalnego sterowania za pomocą 5G
Chociaż POC jest obiecującym krokiem, konieczne są dalsze testy w celu opracowania wyraźnej wartości komercyjnej dla przemysłowych rozwiązań 5G. Jednym z możliwych rozwiązań jest wdrożenie szybkiej bezprzewodowej komunikacji w fabrykach i wykorzystanie autonomicznej technologii AI opartej na chmurze do kontrolowania urządzeń w czasie rzeczywistym.
08 5 g i oparta na chmurze autonomiczna kontrola AI
Oczekuje się, że kombinacja FKDPP i chmury z 5G, która oferuje niskie opóźnienia i możliwość łączenia wielu urządzeń, stanie się podstawową technologią osiągnięcia przemysłowej kontroli autonomicznej.
Wiele branż zaczyna rozważać wykorzystanie technologii komunikacji bezprzewodowej 5G w celu przyspieszenia transformacji cyfrowej. Wysoka niezawodność, niskie opóźnienie i możliwość jednoczesnego łączenia wielu urządzeń mają kluczowe znaczenie dla zastosowań przemysłowych. Aby osiągnąć szerszy zakres aplikacji, konieczne jest ciągłe ulepszanie standardu 5G, zapewnienie bardziej dojrzałych produktów i infrastruktury oraz pokazanie użytkownikom unikalnych zalet i wartości przyniesionych przez 5G.