Zdalny przemysł i rosnące zapotrzebowanie na systemy komórkowego IoT

Przemysł 4.0 wychodzi poza tradycyjne mury fabryk

Pierwsza rewolucja przemysłowa przekształciła produkcję dzięki energii parowej i mechanizacji. Dziś Przemysł 4.0 napędza kolejną transformację — tym razem za sprawą połączonych danych, rozproszonej inteligencji i widoczności procesów przemysłowych w czasie rzeczywistym.

Fabryki nie są już jedynymi środowiskami, w których potrzebna jest automatyzacja. Zdalne przepompownie, pola uprawne, podstacje, zakłady uzdatniania wody i odizolowana infrastruktura energetyczna wymagają obecnie takiego samego poziomu wiedzy o stanie operacyjnym, jaki wcześniej był dostępny wyłącznie w scentralizowanych obiektach.

To zapotrzebowanie przyspiesza wdrażanie technologii komórkowego IoT, które umożliwiają łączenie zasobów przemysłowych w odległościach znacznie większych niż w przypadku konwencjonalnych sieci przewodowych.

Dlaczego łączność komórkowa zyskuje na znaczeniu w automatyce przemysłowej

Przez lata wdrożenia przemysłowego IoT w dużej mierze opierały się na sieciach Ethernet, Wi-Fi lub zastrzeżonych systemach radiowych. Choć technologie te są skuteczne wewnątrz zakładów, ich wdrażanie w odległych lokalizacjach staje się trudne lub kosztowne.

Nowoczesna infrastruktura komórkowa zmienia tę sytuację. Technologie takie jak LTE-M i NB-IoT zapewniają obecnie mniejsze zużycie energii, silniejsze szyfrowanie i szerszy zasięg geograficzny niż wcześniejsze generacje przemysłowych urządzeń komórkowych.

W miarę modernizacji zdalnej infrastruktury przez operatorów przemysłowych bramy komórkowe coraz częściej uzupełniają systemy połączone za pośrednictwem przemysłowych platform komunikacyjnych i sieciowych oraz rozproszonych architektur sterowania.

Technologie komórkowego IoT umożliwiają operatorom monitorowanie zasobów w lokalizacjach, w których infrastruktura przewodowa jest niepraktyczna lub zbyt kosztowna.

LTE-M i przejście w kierunku inteligentniejszych sieci przemysłowych

LTE-M obecnie dominuje w wielu wdrożeniach przemysłowego IoT, ponieważ zapewnia równowagę między efektywnością wykorzystania przepustowości, czasem pracy baterii a niezawodnością sygnału. W przeciwieństwie do wcześniejszych systemów komórkowych LTE-M zaprojektowano specjalnie do komunikacji maszyna–maszyna i długoterminowego zdalnego monitorowania.

Infrastruktura 5G również wkracza do przemysłu. Chociaż obecne wdrożenia 5G często zużywają więcej energii i przepustowości danych, przyszłe wersje obiecują ultraniskie opóźnienia, usprawnione dzielenie sieci na wycinki oraz większą skalowalność dla zastosowań przemysłowych.

Dla dostawców rozwiązań automatyki przemysłowej ta ewolucja stwarza nowe możliwości wdrażania na dużą skalę systemów zdalnej diagnostyki, analityki brzegowej i konserwacji predykcyjnej.

Miejsce technologii komórkowego IoT w przemysłowym stosie danych

Warstwa transportowa staje się strategicznym zasobem

Przemysłowe systemy IoT zazwyczaj działają za pośrednictwem wielu wzajemnie połączonych warstw. Czujniki zbierają informacje fizyczne, sieci komunikacyjne przesyłają dane, systemy przetwarzania je analizują, a operatorzy korzystają z pulpitów nawigacyjnych lub platform analitycznych, aby podejmować decyzje.

W tej strukturze warstwa transportowa zyskuje coraz większe znaczenie. Niezawodna komunikacja decyduje dziś o tym, czy zdalne zasoby mogą uczestniczyć w programach konserwacji predykcyjnej, analizie danych w chmurze i scentralizowanym zarządzaniu operacyjnym.

Wiele obiektów wdrażających rozproszone systemy monitorowania łączy zdalną telemetrię z platformami takimi jak przemysłowe rozwiązania HMI i komputerowe, aby poprawić wgląd w działanie instalacji w wielu lokalizacjach.

Zdalne monitorowanie zwiększa widoczność procesów przemysłowych

Komórkowy IoT znacznie zwiększył zasięg systemów automatyzacji. Operatorzy mogą teraz monitorować zasoby znajdujące się setki kilometrów dalej bez budowania dedykowanej infrastruktury komunikacyjnej.

Możliwość ta jest szczególnie cenna w sektorach takich jak przemysł naftowo-gazowy, energia odnawialna, górnictwo, rolnictwo i uzdatnianie wody, gdzie urządzenia często działają w odizolowanych lub trudno dostępnych lokalizacjach.

Zdalna telemetria ogranicza również potrzebę przeprowadzania ręcznych inspekcji, jednocześnie skracając czas reakcji na awarie urządzeń lub zmiany środowiskowe.

Wczesne systemy monitorowania połączone z siecią stworzyły podstawy dzisiejszych wielkoskalowych ekosystemów przemysłowego IoT.

Dlaczego integratorzy wybierają architektury komórkowe

Szybkie wdrażanie bez rozległych zmian w infrastrukturze

Jedną z największych zalet komórkowego IoT jest elastyczność wdrażania. Operatorzy przemysłowi mogą szybko instalować urządzenia zdalne bez modyfikowania istniejących sieci zakładowych ani doprowadzania infrastruktury światłowodowej do odległych obszarów.

Takie podejście skraca harmonogramy projektów i upraszcza programy pilotażowe dotyczące monitorowania zasobów, pomiaru parametrów środowiskowych i zarządzania energią.

Integratorzy systemów coraz częściej łączą komórkowe urządzenia brzegowe z platformami firm ABB, Honeywell i GE, rozszerzając możliwości monitorowania w rozproszonych środowiskach przemysłowych.

Zapasowa komunikacja zwiększa niezawodność systemu

Obiekty przemysłowe coraz częściej wykorzystują sieci komórkowe jako redundantne ścieżki komunikacji dla infrastruktury o krytycznym znaczeniu. Jeśli podstawowa sieć przewodowa ulegnie awarii, łączność komórkowa może zapewnić raportowanie alarmów, zdalną diagnostykę i wgląd w działanie instalacji.

Ta redundancja jest szczególnie ważna dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej, obiektów energetycznych i operatorów infrastruktury, ponieważ przerwy w komunikacji mogą bezpośrednio wpływać na czas sprawności i bezpieczeństwo.

Zdalne operacje nadal napędzają popyt

Firmy przemysłowe nadal poszukują sposobów na poprawę efektywności operacyjnej przy jednoczesnym obniżeniu kosztów konserwacji w terenie. Komórkowy IoT bezpośrednio wspiera ten cel, umożliwiając mniejszej liczbie pracowników nadzorowanie większych obszarów geograficznych.

Rozwój przetwarzania brzegowego dodatkowo wzmacnia ten trend. Inteligentne bramy mogą teraz przetwarzać dane lokalnie, zanim prześlą przez sieci komórkowe wyłącznie niezbędne informacje, ograniczając zużycie przepustowości i koszty operacyjne.

Nowoczesne sterowniki komórkowe wspierają automatykę przemysłową w odizolowanych środowiskach, w których tradycyjna komunikacja przewodowa pozostaje trudna.

Bezpieczeństwo i koszty pozostają kluczowymi kwestiami inżynieryjnymi

Pomimo zalet komórkowego IoT inżynierowie nadal muszą uwzględniać istotne kwestie projektowe. Wdrożenia łączności komórkowej wymagają stałych opłat za usługi operatora, a aplikacje wykorzystujące duże ilości danych mogą z czasem generować wysokie koszty.

Cyberbezpieczeństwo pozostaje również poważnym problemem. W miarę jak coraz więcej zasobów przemysłowych łączy się bezpośrednio z sieciami zewnętrznymi, powierzchnia ataku znacznie się zwiększa.

Współczesne przemysłowe rozwiązania komórkowe obejmują jednak szyfrowaną komunikację, tunelowanie VPN, bezpieczne uwierzytelnianie i segmentowane architektury sieciowe. Możliwości w zakresie bezpieczeństwa stale się rozwijają wraz z nowszymi standardami 5G.

Operatorzy przemysłowi wdrażający zdalne systemy monitorowania coraz częściej łączą bezpieczne praktyki komunikacyjne z odpornymi architekturami sterowania, takimi jak systemy bezpieczeństwa Triconex i platformy bezpieczeństwa HIMA, w zastosowaniach związanych z infrastrukturą krytyczną.

Komórkowy IoT staje się podstawową infrastrukturą dla przemysłu zdalnego

Gwałtowny rozwój połączonych urządzeń przemysłowych odzwierciedla szerszą transformację na rynkach automatyki. Komórkowy IoT nie jest już postrzegany jako niszowe rozwiązanie zarezerwowane dla odizolowanych zastosowań.

Staje się ona podstawową warstwą komunikacyjną dla rozproszonych operacji, inteligencji brzegowej, konserwacji predykcyjnej i zdalnego zarządzania zasobami.

W miarę jak Przemysł 4.0 obejmuje coraz więcej zdalnych środowisk, łączność komórkowa będzie w coraz większym stopniu decydować o tym, jak systemy przemysłowe gromadzą, przesyłają i przetwarzają dane operacyjne w czasie rzeczywistym.

Sektor przemysłowy zmierza ku przyszłości, w której odległość geograficzna ma znacznie mniejsze znaczenie niż niezawodność sieci i dostępność danych.

Autor: Michael Reeves | Korespondent ds. technologii przemysłowych

Michael Reeves ma ponad 12 lat doświadczenia w zakresie sieci przemysłowych, zdalnej infrastruktury automatyki i systemów technologii operacyjnej. Jego doświadczenie obejmuje projekty integracji w terenie z wykorzystaniem platform Honeywell, GE, ABB i Emerson w sektorach energetyki, usług komunalnych oraz monitorowania środowiska.