Az Ipar 4.0 túlterjeszkedik a hagyományos gyárfalakon

Az első ipari forradalom a gőzerő és a gépesítés révén alakította át a gyártást. Ma az Ipar 4.0 újabb változást ösztönöz, ezúttal a csatlakoztatott adatok, az elosztott intelligencia és az ipari működés valós idejű átláthatósága révén.

Már nem csak a gyárakban van szükség automatizálásra. A távoli szivattyúállomások, mezőgazdasági területek, alállomások, vízkezelő létesítmények és elszigetelt energetikai infrastruktúrák ma ugyanazt a működési átláthatóságot igénylik, amely korábban csak a központosított létesítményekben volt elérhető.

Ez az igény felgyorsítja azokat a Cellular IoT-technológiákat, amelyek képesek ipari eszközöket a hagyományos vezetékes hálózatokon messze túlmutató távolságokban csatlakoztatni.

Miért nyer teret a mobilhálózati kapcsolódás az ipari automatizálásban?

Az ipari IoT-telepítések évekig nagymértékben az Ethernetre, a Wi-Fi-re vagy a saját fejlesztésű rádiós rendszerekre támaszkodtak. Bár ezek a technológiák üzemen belül hatékonyak, távoli környezetekben nehéz vagy költséges a kiépítésük.

A modern mobilhálózati infrastruktúra megváltoztatja ezt a helyzetet. Az olyan technológiák, mint az LTE-M és az NB-IoT, a korábbi ipari mobilkommunikációs berendezéseknél alacsonyabb energiafogyasztást, erősebb titkosítást és nagyobb földrajzi lefedettséget biztosítanak.

Ahogy az ipari üzemeltetők korszerűsítik a távoli infrastruktúrát, a mobilhálózati átjárók egyre inkább kiegészítik az ipari kommunikációs és hálózati platformokon keresztül csatlakoztatott rendszereket, valamint az elosztott vezérlési architektúrákat.

A Cellular IoT-technológiák lehetővé teszik az üzemeltetők számára, hogy olyan helyszíneken is figyelemmel kísérjék az eszközöket, ahol a vezetékes infrastruktúra kiépítése nem praktikus vagy túl költséges.

Az LTE-M és az intelligensebb ipari hálózatok felé vezető átmenet

Az LTE-M jelenleg számos ipari IoT-telepítésben dominál, mivel egyensúlyt teremt a sávszélesség hatékony kihasználása, az akkumulátor-üzemidő és a jel megbízhatósága között. A korábbi mobilkommunikációs rendszerekkel ellentétben az LTE-M-et kifejezetten gépek közötti kommunikációra és hosszú távú távfelügyeletre tervezték.

Az 5G-infrastruktúra szintén megjelenik az ipari környezetben. Bár a jelenlegi 5G-kiépítések gyakran több energiát és adatátviteli sávszélességet igényelnek, a jövőbeli változatok rendkívül alacsony késleltetést, fejlettebb hálózatszeletelést és nagyobb skálázhatóságot ígérnek az ipari alkalmazások számára.

Az ipari automatizálási megoldások szállítói számára ez a fejlődés új lehetőségeket teremt a távdiagnosztika, a peremhálózati elemzés és a prediktív karbantartási rendszerek nagy léptékű bevezetésére.

A Cellular IoT helye az ipari adatveremben

A szállítási réteg stratégiai eszközzé válik

Az ipari IoT-rendszerek jellemzően több, egymással összekapcsolt rétegen keresztül működnek. Az érzékelők fizikai információkat gyűjtenek, a kommunikációs hálózatok továbbítják az adatokat, a feldolgozórendszerek elemzik azokat, az üzemeltetők pedig irányítópultok vagy elemzési platformok segítségével hoznak döntéseket.

Ebben a struktúrában az adatátviteli réteg egyre fontosabbá vált. A megbízható kommunikáció ma már meghatározza, hogy a távoli eszközök részt vehetnek-e a prediktív karbantartási programokban, a felhőalapú elemzésekben és a központosított üzemeltetésben.

Az elosztott megfigyelőrendszereket integráló létesítmények közül sok a távoli telemetriát olyan platformokkal kombinálja, mint az ipari HMI- és számítástechnikai megoldások, hogy javítsa az üzemeltetés átláthatóságát több telephelyen.

A távfelügyelet kiterjeszti az ipari átláthatóságot

A mobilhálózati IoT jelentősen kiterjesztette az automatizálási rendszerek hatókörét. Az üzemeltetők ma már több száz kilométerre található eszközöket is felügyelhetnek anélkül, hogy dedikált kommunikációs infrastruktúrát kellene kiépíteniük.

Ez a képesség különösen értékes az olyan ágazatokban, mint az olaj- és gázipar, a megújuló energia, a bányászat, a mezőgazdaság és a vízkezelés, ahol a berendezések gyakran elszigetelt vagy nehezen megközelíthető helyeken működnek.

A távoli telemetria emellett csökkenti a manuális ellenőrzések szükségességét, miközben javítja a reakcióidőt berendezéshibák vagy környezeti változások esetén.

A korai hálózatba kapcsolt megfigyelőrendszerek alapozták meg a mai nagyszabású ipari IoT-ökoszisztémákat.

Miért alkalmazzák egyre többen a rendszerintegrátorok a mobilhálózati architektúrákat?

Gyors telepítés jelentős infrastruktúra-módosítások nélkül

A mobilhálózati IoT egyik legnagyobb előnye a rugalmas telepíthetőség. Az ipari üzemeltetők gyorsan telepíthetnek távoli eszközöket anélkül, hogy módosítaniuk kellene a meglévő üzemi hálózatokat, vagy üvegszálas infrastruktúrát kellene kiépíteniük távoli területekre.

Ez a megközelítés lerövidíti a projektidőt, és egyszerűsíti a kísérleti programokat az eszközfelügyeleti, környezetérzékelési és energiagazdálkodási alkalmazásokban.

A rendszerintegrátorok egyre gyakrabban kombinálják a mobilhálózati peremeszközöket az ABB, a Honeywell és a GE platformjaival, amikor a megfigyelési lehetőségeket kiterjesztik elosztott ipari környezetekben.

A tartalék kommunikáció javítja a rendszer megbízhatóságát

Az ipari létesítmények egyre gyakrabban használnak mobilhálózatokat redundáns kommunikációs útvonalakként a kritikus fontosságú infrastruktúrákhoz. Ha az elsődleges vezetékes hálózat meghibásodik, a mobilkapcsolat fenntarthatja a riasztások továbbítását, a távoli diagnosztikát és az üzemeltetés átláthatóságát.

Ez a redundancia különösen fontos a közművek, energetikai létesítmények és infrastruktúra-üzemeltetők számára, ahol a kommunikáció megszakadása közvetlenül hatással lehet az üzemidőre és a biztonságra.

A távoli műveletek továbbra is ösztönzik a keresletet

Az ipari vállalatok folyamatosan keresik a működési hatékonyság javításának és a terepi karbantartási költségek csökkentésének lehetőségeit. A mobilhálózati IoT közvetlenül támogatja ezt a célt azáltal, hogy kevesebb munkatárssal is lehetővé teszi nagyobb földrajzi területek felügyeletét.

A peremalapú számítástechnika térnyerése tovább erősíti ezt a tendenciát. Az intelligens átjárók ma már képesek a helyi adatok feldolgozására, mielőtt csak a legfontosabb információkat küldenék el a mobilhálózatokon keresztül, csökkentve a sávszélesség-használatot és az üzemeltetési költségeket.

A korszerű mobilkommunikációs vezérlők támogatják az ipari automatizálást olyan elszigetelt környezetekben, ahol a hagyományos vezetékes kommunikáció továbbra is nehezen megvalósítható.

A biztonság és a költségek továbbra is kritikus mérnöki szempontok

A mobilhálózati IoT előnyei ellenére a mérnököknek továbbra is fontos tervezési szempontokat kell figyelembe venniük. A mobilhálózati telepítések folyamatos szolgáltatói költségekkel járnak, az adatintenzív alkalmazások pedig idővel drágává válhatnak.

A kiberbiztonság továbbra is komoly aggodalomra ad okot. Ahogy egyre több ipari eszköz kapcsolódik közvetlenül külső hálózatokhoz, jelentősen nő a támadási felület.

A korszerű ipari mobilhálózati megoldások azonban már titkosított kommunikációt, VPN-alagútkezelést, biztonságos hitelesítést és szegmentált hálózati architektúrákat is tartalmaznak. A biztonsági képességek az újabb 5G-szabványokkal párhuzamosan folyamatosan fejlődnek.

A távfelügyeleti rendszereket telepítő ipari üzemeltetők egyre gyakrabban kombinálják a biztonságos kommunikációs gyakorlatokat olyan ellenálló vezérlési architektúrákkal, mint a Triconex biztonsági rendszerek és a HIMA biztonsági platformok kritikus infrastruktúra-alkalmazásokban.

A mobilhálózati IoT a távoli ipar alapvető infrastruktúrájává válik

A hálózatba kapcsolt ipari eszközök gyors növekedése az automatizálási piacok szélesebb körű átalakulását tükrözi. A mobilhálózati IoT-t már nem tekintik elszigetelt alkalmazásokra fenntartott rétegmegoldásnak.

A mobilkapcsolat a megosztott működés, a peremintelligencia, a prediktív karbantartás és a távoli eszközkezelés alapvető kommunikációs rétegévé válik.

Ahogy az Ipar 4.0 egyre inkább kiterjed a távoli környezetekre, a mobilkapcsolat mind nagyobb mértékben meghatározza majd, hogy az ipari rendszerek miként gyűjtik, továbbítják és dolgozzák fel valós időben az üzemeltetési adatokat.

Az ipari szektor egy olyan jövő felé halad, amelyben a földrajzi távolságnál sokkal kevésbé számít a hálózat megbízhatósága és az adatok hozzáférhetősége.

Szerző: Michael Reeves | Ipari technológiai tudósító

Michael Reeves több mint 12 éves tapasztalattal rendelkezik az ipari hálózatok, a távoli automatizálási infrastruktúra és az operatív technológiai rendszerek bemutatása terén. Hátteréhez olyan terepi integrációs projektek tartoznak, amelyek a Honeywell, a GE, az ABB és az Emerson platformjait érintették az energiaipar, a közműszolgáltatások és a környezeti monitoring területén.