Procesní průmysl a další zpracovatelský průmysl zavádí digitální technologie pro další zlepšení efektivity výroby. Jako základní technologie je stále důležitější bezdrátová komunikace, která poskytuje konektivitu, kdekoli je nasazeno. Současně musí bezdrátová komunikace uspokojit potřeby různých aplikací, což je stále náročnější.
01 Přehled funkcí komunikace 5G
Po 3G a 4G\/LTE je „5G“ pátá generace mobilních komunikačních systémů. I když tyto generace systémů byly vyvinuty více pro osobní komunikační služby, 5G lze také použít pro síťovou infrastrukturu Internet of Things (IoT), která spojí všechna zařízení a objekty v každodenním životě, výrobě a dalších průmyslových odvětvích.
Tři rysy komunikace 5G a jejich praktické aplikace.
● Vylepšené mobilní širokopásmové připojení
5G je zaměřena na zvýšení propustnosti dat širokopásmové bezdrátové komunikace, která byla zvýšena v předchozích generacích. Širokopásmové služby pro smartphony a další mobilní zařízení jsou příkladem využití této funkce.
● Ultra spolehlivá komunikace s nízkým zpožděním
5G je navržen tak, aby umožňoval vysoce spolehlivou bezdrátovou komunikaci s nízkou latencí a v reálném čase.
● Komunikace ve velkém měřítku
Tato funkce znamená, že mnoho terminálů s nízkým provozem je připojeno současně.
02 Dedikované spektrum v 5G
U většiny existujících bezdrátových komunikačních technologií lze toto spektrum nepoužití pro různé scénáře s neomezeným počtem uživatelů. Existuje však riziko rušení mezi různými bezdrátovými systémy na stejném frekvenčním pásmu.
03 Provozní soukromá síť (místní 5G)
Stávající systémy mobilní komunikace jsou obvykle navrženy tak, aby poskytovaly širokou škálu komunikačních služeb v celostátní síti zřízené operátorem mobilní sítě.
04 Mezinárodní standardizace 5G
V některých zemích se očekává, že společnosti a místní správy budou stavět a provozovat své vlastní vyhrazené sítě 5G. Po získání licence mohou místní operátoři tyto pásma používat výhradně v jejich regionu.
Očekává se, že 5G bude použito v tradičním průmyslu mobilních komunikací a mnoha dalších průmyslových odvětvích. Začlenění nových požadavků na průmyslové aplikace je důležitým faktorem v úspěšném rozvoji standardů. Hlavní společnosti z výrobního a telekomunikačního průmyslu se aktivně účastní a zkoumají aplikaci technologie 5G ve výrobním průmyslu.
05 Pět potenciálních aplikací v procesním průmyslu
Ve výrobním sektoru se požadavky komunikace pro různé terénní aplikace liší a jak již bylo zmíněno, očekává se, že 5G bude použita jako bezdrátová infrastruktura schopná zavést řadu bezdrátových továrních aplikací. Kromě toho se vyvíjejí tyto aplikace, které nejlépe využívají komunikační funkce 5G, aby usnadnily digitální dálkové operace ve výrobě.
1. Podpora provozu na místě pro mobilní zařízení
Mobilní zařízení jsou nasazena do pole pro zvýšení produktivity a současná omezení pokrytí sítě a šířka pásma v terénu omezují podporu aplikací prostřednictvím bezdrátové komunikace. 5G umožní širokopásmové bezdrátové komunikaci při vyšších rychlostech a nižší latence v jakékoli oblasti továrny.
Augmented Reality (AR) je jedním z aplikačních scénářů 5G vylepšeného mobilního širokopásmového připojení. Ačkoli AR vyžaduje mnoho dat, může převrhnout obrázky s vysokým rozlišením na cílovém zařízení a zobrazit je v reálném čase na tabletu pracovníka nebo nositelného terminálu, což poskytuje intuitivní řešení. Termínští pracovníci mohou provozovat cílové zařízení a odkazovat na překrývající se pracovní postupy nebo sdílet obrázky v reálném čase s techniky na odlehlých místech a získat konkrétní doporučení. Pomáhá nejen zlepšit efektivitu, spolehlivost a bezpečnost práce v terénu, ale také může efektivněji předávat dovednosti prostřednictvím praxe.
2. vzdálené monitorování s obrázky s vysokým rozlišením
5G má větší kapacitu než předchozí generace 4G\/LTE, zejména pokud jde o komunikaci uplink. To umožňuje streamovat video v reálném čase ve 4K nebo vyšší rozlišení. V továrnách je jedním potenciálním použitím použití bezdrátových kamer pro dálkové monitorování. Pokud je jasnost obrazu dostatečně vysoká, aby rozlišila jemné změny v barvě povrchu kapaliny nebo koroze trubek, může být vizuální kontrola prováděna vzdáleně. Snímky s vysokým rozlišením lze také použít jako vstup pro analýzu AI, které mohou automaticky detekovat anomálie, jako je neoprávněné lidské vniknutí nebo situace, jako jsou požáry.
3. cloudové roboty
Jak se pracovní populace zmenšuje, očekává se, že mobilní roboti zajistí, aby továrny fungovaly bezpečně a spolehlivě. Roboti se pohybují autonomně v celé továrně a nahrazují místo pracovníků na hlídku nebezpečných oblastí. Drony mohou vykonávat práci s vysokou nadmořskou výškou, což může být pro pracovníky nebezpečné. „Cloud Robotics“ se objevuje jako slibná technologie. Protože řídicí funkce v cloudu nejsou omezeny výpočetním výkonem robota, lze nasadit pokročilé kontrolní funkce.
S využitím svých vysokorychlostních a vysokokapacitních vlastností umožňuje 5G mobilní roboty bezdrátové připojení k ovládacím funkcím v cloudu v reálném čase. Používejte masivní výpočetní zdroje v cloudu a zpracovejte velké množství dat senzorů v reálném čase. Ultra spolehlivé a nízkou latenční funkce nabízené 5G umožňují, aby byly použity pro nouzovou, časově citlivou komunikaci, která se může vyhnout událostem, jako jsou srážky mezi roboty a mobilní procesní zařízení.
4. Systém bezdrátového\/cloudového řízení
Stávající bezdrátová technologie nemůže dosáhnout vysoké spolehlivosti a nízké latence současně, ale lze ji dosáhnout pomocí 5G. To zpřístupňuje 5G pro aplikace kritické mise. Jednou z možných aplikací je bezdrátová část distribuovaného řídicího systému (DCS) ke snížení nákladů na instalaci a údržbu komunikačních kabelů v celé oblasti rostlin. Monitorovací body lze také přidat a upravit bez jakékoli manipulace s komunikačními kabely.
Kromě toho, pokud 5G zajišťuje vysoce spolehlivou komunikaci s nízkou latencí mezi terénními zařízeními a cloudem, ovladačů a dalšími funkcemi DCS lze nakonfigurovat v cloudu při zachování kritického výkonu mise. Kromě externích cloudových systémů lze 5G použít také s více přístupovými výpočty (MEC), která v síti vytvoří platformu s nízkou latencí. Pokud jsou na platformě MEC implementovány řídicí aplikace, mohou být povoleny služby Cloud Control Services, aby plně využívaly vysokou spolehlivost a nízkou latenci 5G bez nutnosti internetu nebo jiných sítí.
5. Připojené senzory pro digitální dvojčata
Digitální dvojče je digitální realizací skutečné továrny v kyberprostoru a je základem pro digitální transformaci továrních operací. Aplikace nejsou omezeny na informace o konstrukci statického digitálního rostlin. Digitální dvojčata odrážejí skutečné podmínky rostlin v reálném čase, což umožňuje prediktivní údržbu a optimalizované operace prostřednictvím simulace a analýzy AI.
Aby společnosti přesněji synchronizovaly stav fyzických a digitálních dvojčat, musí společnosti přesně porozumět stavu vybavení, potrubí a dalších aktiv, jakož i počasí a další podmínky. K tomu musela továrna nainstalovat mnoho senzorů. Aby se tuto poptávku uspokojil, musí být každý senzor bezdrátový, levný a schopen pracovat po celá léta, aniž by musel baterii vyměňovat. Klíčem k této aplikaci je schopnost 5G propojit více zařízení současně.
Potenciální 5G aplikace aplikací v továrnách zahrnují podporu mobilních zařízení, vzdálené monitorování, cloudovou robotiku, bezdrátové\/cloudové kontrolní systémy a zvýšené připojení senzorů pro optimalizaci digitálních dvojčat.
06 Stav a výzvy průmyslových 5G aplikací
Navzdory mnoha potenciálním aplikačním případům v továrně musí být 5G v procesním průmyslu široce implementován. Průmyslové 5G aplikace stále čelí mnoha výzvám.
Aby bylo možné uspokojit potřeby spotřebitelských a průmyslových aplikací, musí 5G podporovat více funkcí. Standard 5G se vyvíjí fázovaným způsobem s různými prioritami. R16 a pozdější verze standardu 5G zahrnují funkce, které lze použít pro průmyslové aplikace. Zvyšují vysokou relibilizaci, komunikaci s nízkou latencí a soukromé sítě a také podporují interaci s časově citlivými sítěmi (TSN), což je základní síťová technologie při automatizaci.
Schopnosti průmyslového sektoru budou dále posíleny ve standardech R18 a později (novějších). Zatímco 5G nabízí pokročilé průmyslové schopnosti, jako je vysoká spolehlivost, nízká latence a multipoint simultánní konektivita, další vývoj 5G standardů, produkty dodržování předpisů a infrastruktura pro podporu těchto schopností.
Konfigurace testu naopak-koncept používají nové algoritmy a 5G k vyřešení tvrdých výzev pro řízení procesů.
07 Důkaz konceptu technologie dálkového ovládání pomocí 5G
Zatímco POC je slibným krokem, je zapotřebí dalšího testování k vytvoření jasné komerční hodnoty pro průmyslová 5G řešení. Jedním z možných řešení je nasazení vysokorychlostních bezdrátových komunikačních zařízení v továrnách a používání autonomní technologie AI založené na cloudu k ovládání zařízení v reálném čase.
08 5 g a cloudové autonomní ovládání AI
Očekává se, že kombinace FKDPP a cloudu s 5G, která nabízí nízkou latenci a schopnost propojit mnoho zařízení, se stane základní technologií k dosažení průmyslové autonomní kontroly.
Mnoho průmyslových odvětví začíná uvažovat o využití bezdrátové komunikační technologie 5G k urychlení digitální transformace. Vysoká spolehlivost, nízká latence a schopnost současně propojit více zařízení jsou kritické pro průmyslové aplikace. Abychom dosáhli širšího rozsahu aplikací, je nutné neustále zlepšovat standard 5G, poskytovat vyspělejší produkty a infrastrukturu dodržování předpisů a ukázat uživatelům jedinečné výhody a hodnotu přinášející 5G.