الصناعة عن بُعد والطلب المتزايد على أنظمة إنترنت الأشياء الخلوية

الصناعة 4.0 تتوسع خارج جدران المصانع التقليدية

حولت الثورة الصناعية الأولى التصنيع من خلال الطاقة البخارية والميكنة. اليوم، تدفع الصناعة 4.0 تحولًا آخر، هذه المرة من خلال البيانات المتصلة، والذكاء الموزع، والرؤية اللحظية عبر العمليات الصناعية.

لم تعد المصانع هي البيئات الوحيدة التي تطلب الأتمتة. تتطلب محطات الضخ النائية، والحقول الزراعية، والمحطات الفرعية، ومواقع معالجة المياه، والبنية التحتية للطاقة المعزولة الآن نفس مستوى الوعي التشغيلي الذي كان يقتصر سابقًا على المنشآت المركزية.

يسرع هذا الطلب من اعتماد تقنيات إنترنت الأشياء الخلوية القادرة على ربط الأصول الصناعية بعيدًا عن الشبكات السلكية التقليدية.

لماذا تكتسب الاتصال الخلوي أرضًا في الأتمتة الصناعية

لسنوات، اعتمدت نشرات إنترنت الأشياء الصناعية بشكل كبير على الإيثرنت، والواي فاي، أو أنظمة الراديو المملوكة. بينما كانت فعالة داخل المصانع، تصبح هذه التقنيات صعبة أو مكلفة للنشر في البيئات النائية.

تغير البنية التحتية الخلوية الحديثة هذه المعادلة. توفر تقنيات مثل LTE-M وNB-IoT الآن استهلاك طاقة أقل، وتشفيرًا أقوى، وتغطية جغرافية أوسع مقارنة بالأجيال السابقة من معدات الخلوي الصناعية.

مع تحديث المشغلين الصناعيين للبنية التحتية عن بُعد، تكمل بوابات الخلوي بشكل متزايد الأنظمة المتصلة من خلال منصات الاتصال والشبكات الصناعية والهياكل التحكمية الموزعة.

تسمح تقنيات إنترنت الأشياء الخلوية للمشغلين بمراقبة الأصول في مواقع حيث تكون البنية التحتية السلكية غير عملية أو مكلفة.

LTE-M والانتقال نحو شبكات صناعية أكثر ذكاءً

تسيطر LTE-M حاليًا على العديد من نشرات إنترنت الأشياء الصناعية لأنها توازن بين كفاءة عرض النطاق الترددي، وعمر البطارية، وموثوقية الإشارة. على عكس أنظمة الخلوي السابقة، تم تصميم LTE-M خصيصًا للاتصال بين الآلات والمراقبة عن بُعد طويلة الأمد.

تدخل بنية 5G التحتية أيضًا المشهد الصناعي. على الرغم من أن نشرات 5G الحالية غالبًا ما تستهلك طاقة وعرض نطاق ترددي أكبر، فإن الإصدارات المستقبلية تعد بزمن استجابة منخفض للغاية، وتحسين تقسيم الشبكة، وقابلية توسع أكبر للتطبيقات الصناعية.

بالنسبة لموردي الأتمتة الصناعية، يخلق هذا التطور فرصًا جديدة لنشر أنظمة التشخيص عن بُعد، وتحليلات الحافة، وأنظمة الصيانة التنبؤية على نطاق واسع.

كيف يتناسب إنترنت الأشياء الخلوي مع بنية البيانات الصناعية

طبقة النقل تصبح أصولًا استراتيجية

تعمل أنظمة إنترنت الأشياء الصناعية عادةً من خلال طبقات متعددة مترابطة. تجمع المستشعرات المعلومات الفيزيائية، وتنقل شبكات الاتصال البيانات، وتحلل أنظمة المعالجة البيانات، ويستخدم المشغلون لوحات المعلومات أو منصات التحليل لاتخاذ القرارات.

داخل هذا الهيكل، أصبح طبقة النقل أكثر أهمية. يحدد الاتصال الموثوق الآن ما إذا كانت الأصول عن بُعد يمكنها المشاركة في برامج الصيانة التنبؤية، وتحليلات السحابة، والإدارة التشغيلية المركزية.

تدمج العديد من المنشآت التي تستخدم أنظمة المراقبة الموزعة القياسات عن بُعد مع منصات مثل حلول الحوسبة والواجهات الصناعية لتحسين الرؤية التشغيلية عبر مواقع متعددة.

توسيع المراقبة عن بُعد للرؤية الصناعية

وسع إنترنت الأشياء الخلوي بشكل كبير نطاق أنظمة الأتمتة. يمكن للمشغلين الآن مراقبة الأصول الواقعة على بعد مئات الكيلومترات دون بناء بنية تحتية اتصال مخصصة.

تثبت هذه القدرة قيمتها بشكل خاص في قطاعات مثل النفط والغاز، والطاقة المتجددة، والتعدين، والزراعة، ومعالجة المياه، حيث تعمل المعدات غالبًا في مواقع معزولة أو يصعب الوصول إليها.

تقلل القياسات عن بُعد أيضًا من الحاجة إلى الفحوصات اليدوية مع تحسين أوقات الاستجابة أثناء أعطال المعدات أو التغيرات البيئية.

وضعت أنظمة المراقبة المتصلة بالشبكة المبكرة الأساس لنظم إنترنت الأشياء الصناعية واسعة النطاق اليوم.

لماذا يتبنى المدمجون البنى الخلوية

نشر سريع دون تغييرات بنية تحتية واسعة النطاق

واحدة من أقوى مزايا إنترنت الأشياء الخلوي هي مرونة النشر. يمكن للمشغلين الصناعيين تركيب الأجهزة عن بُعد بسرعة دون تعديل شبكات المصنع الحالية أو تمديد بنية الألياف إلى المناطق النائية.

تُقصّر هذه الطريقة جداول المشاريع وتبسط برامج التجريب لمراقبة الأصول، واستشعار البيئة، وتطبيقات إدارة الطاقة.

يقوم مدمجو الأنظمة بشكل متزايد بدمج أجهزة الحافة الخلوية مع منصات من ABB، وHoneywell، وGE عند توسيع قدرات المراقبة عبر البيئات الصناعية الموزعة.

الاتصال الاحتياطي يحسن موثوقية النظام

تستخدم المنشآت الصناعية بشكل متزايد شبكات الهاتف المحمول كمسارات اتصال احتياطية للبنية التحتية الحيوية. إذا فشل الشبكة السلكية الأساسية، يمكن للاتصال الخلوي الحفاظ على تقارير الإنذار، والتشخيص عن بُعد، ورؤية العمليات.

تعتبر هذه التكرارية مهمة بشكل خاص للمرافق، ومنشآت الطاقة، ومشغلي البنية التحتية حيث يمكن لانقطاعات الاتصال أن تؤثر مباشرة على وقت التشغيل والسلامة.

تستمر العمليات عن بُعد في دفع الطلب

تواصل الشركات الصناعية البحث عن طرق لتحسين الكفاءة التشغيلية مع تقليل تكاليف صيانة الميدان. يدعم إنترنت الأشياء الخلوية هذا الهدف مباشرة من خلال السماح لعدد أقل من الأفراد بالإشراف على مناطق جغرافية أكبر.

يعزز صعود الحوسبة الحافة هذا الاتجاه بشكل أكبر. يمكن للبوابات الذكية الآن معالجة البيانات محليًا قبل إرسال المعلومات الأساسية فقط عبر الشبكات الخلوية، مما يقلل من استخدام النطاق الترددي وتكاليف التشغيل.

تدعم وحدات التحكم الخلوية الحديثة الأتمتة الصناعية في البيئات المعزولة حيث تظل الاتصالات السلكية التقليدية صعبة.

الأمان والتكلفة يظلان اعتبارات هندسية حاسمة

على الرغم من مزايا إنترنت الأشياء الخلوية، يواجه المهندسون اعتبارات تصميم مهمة. تتطلب عمليات النشر الخلوية تكاليف خدمة مستمرة من شركات الاتصالات، وقد تصبح التطبيقات التي تعتمد على بيانات كثيفة مكلفة مع مرور الوقت.

لا يزال الأمن السيبراني مصدر قلق رئيسي. مع اتصال المزيد من الأصول الصناعية مباشرة بالشبكات الخارجية، يزداد سطح الهجوم بشكل كبير.

ومع ذلك، تشمل حلول الاتصالات الخلوية الصناعية الحديثة الآن التشفير، ونفق VPN، والمصادقة الآمنة، وهياكل الشبكات المقسمة. تستمر قدرات الأمان في التحسن مع معايير 5G الأحدث.

يقوم المشغلون الصناعيون الذين ينشرون أنظمة المراقبة عن بُعد بدمج ممارسات الاتصال الآمن مع هياكل تحكم مرنة مثل أنظمة السلامة Triconex و منصات السلامة HIMA في تطبيقات البنية التحتية الحرجة.

إنترنت الأشياء الخلوية تصبح بنية تحتية أساسية للصناعة عن بُعد

يعكس النمو السريع للأجهزة الصناعية المتصلة تحولًا أكبر في أسواق الأتمتة. لم تعد إنترنت الأشياء الخلوية تُعتبر حلاً متخصصًا محصورًا في التطبيقات المعزولة.

تُصبح هذه الاتصالات طبقة اتصال أساسية للعمليات الموزعة، والذكاء الحدي، والصيانة التنبؤية، وإدارة الأصول عن بُعد.

مع استمرار توسع الصناعة 4.0 في البيئات النائية، ستحدد الاتصالات الخلوية بشكل متزايد كيفية جمع الأنظمة الصناعية للبيانات التشغيلية ونقلها والتصرف بناءً عليها في الوقت الفعلي.

يتجه القطاع الصناعي نحو مستقبل تصبح فيه المسافة الجغرافية أقل أهمية بكثير من موثوقية الشبكة وإمكانية الوصول إلى البيانات.

المؤلف: مايكل ريفز | مراسل التكنولوجيا الصناعية

مايكل ريفز لديه أكثر من 12 عامًا من الخبرة في تغطية شبكات الصناعة، وبنية الأتمتة عن بُعد، وأنظمة التكنولوجيا التشغيلية. تشمل خلفيته مشاريع تكامل ميدانية تتضمن منصات هانيويل، وجنرال إلكتريك، وABB، وإيمرسون عبر قطاعات الطاقة والمرافق ومراقبة البيئة.