Przemysł 4.0 wychodzi poza tradycyjne mury fabryk

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

Fabryki nie są już jedynymi miejscami, w których potrzebna jest automatyzacja. Zdalne przepompownie, pola uprawne, podstacje, zakłady uzdatniania wody i odizolowana infrastruktura energetyczna wymagają obecnie takiego samego poziomu świadomości operacyjnej, który wcześniej był dostępny wyłącznie w scentralizowanych obiektach.

To zapotrzebowanie przyspiesza wdrażanie technologii komórkowego IoT, które umożliwiają łączenie zasobów przemysłowych na obszarach znacznie wykraczających poza zasięg 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 własnościowych systemach radiowych. Choć technologie te sprawdzają się 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 pozwalają operatorom monitorować zasoby w lokalizacjach, w których infrastruktura przewodowa jest niepraktyczna lub zbyt kosztowna.

LTE-M i przejście w stronę inteligentniejszych sieci przemysłowych

LTE-M obecnie dominuje w wielu wdrożeniach przemysłowego IoT, ponieważ zapewnia równowagę między efektywnym wykorzystaniem przepustowości, czasem pracy baterii a niezawodnością sygnału. W przeciwieństwie do wcześniejszych systemów komórkowych LTE-M zaprojektowano specjalnie z myślą o komunikacji maszyna–maszyna i długoterminowym zdalnym monitorowaniu.

Infrastruktura 5G również wkracza do środowiska przemysłowego. Chociaż obecne wdrożenia 5G często zużywają więcej energii i przepustowości danych, przyszłe wersje obiecują ultraniskie opóźnienia, ulepszone dzielenie sieci na plastry oraz większą skalowalność zastosowań przemysłowych.

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

Jak komórkowy IoT wpisuje się w przemysłowy stos danych

Warstwa transportowa staje się strategicznym zasobem

Przemysłowe systemy IoT zazwyczaj działają za pośrednictwem wielu połączonych ze sobą 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 ramach tej struktury warstwa transportowa zyskała coraz większe znaczenie. Niezawodna komunikacja decyduje obecnie o tym, czy zdalne zasoby mogą uczestniczyć w programach konserwacji predykcyjnej, analizie danych w chmurze i scentralizowanym zarządzaniu operacyjnym.

Wiele zakładów wdrażających rozproszone systemy monitorowania łączy zdalną telemetrię z platformami takimi jak przemysłowe rozwiązania HMI i komputerowe, aby poprawić widoczność operacyjną w wielu lokalizacjach.

Zdalne monitorowanie rozszerza widoczność procesów przemysłowych

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

Ta funkcja jest szczególnie cenna w sektorach takich jak przemysł naftowy i gazowy, energia odnawialna, górnictwo, rolnictwo i uzdatnianie wody, gdzie urządzenia często działają w odizolowanych lub trudno dostępnych lokalizacjach.

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

Pierwsze 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, wykrywania parametrów środowiskowych i zarządzania energią.

Integratory systemów coraz częściej łączą komórkowe urządzenia brzegowe z platformami firm ABB, Honeywell i GE podczas rozszerzania 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 znaczeniu krytycznym. Jeśli główna sieć przewodowa ulegnie awarii, łączność komórkowa może zapewnić raportowanie alarmów, zdalną diagnostykę i wgląd w działanie systemu.

Ta redundancja ma szczególne znaczenie dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej, obiektów energetycznych i operatorów infrastruktury, gdzie przerwy w komunikacji mogą bezpośrednio wpływać na dostępność i bezpieczeństwo.

Zdalne operacje nadal napędzają popyt

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

Rozwój obliczeń brzegowych dodatkowo wzmacnia ten trend. Inteligentne bramy mogą teraz przetwarzać dane lokalnie, zanim prześlą przez sieci komórkowe tylko najważniejsze informacje, ograniczając zużycie przepustowości i koszty operacyjne.

Nowoczesne sterowniki komórkowe obsługują 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 wiążą się z bieżącymi kosztami usług operatora, a aplikacje wymagające dużej ilości danych mogą z czasem stać się kosztowne.

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

Nowoczesne przemysłowe rozwiązania komórkowe obejmują jednak obecnie szyfrowaną komunikację, tunelowanie VPN, bezpieczne uwierzytelnianie oraz segmentowane architektury sieciowe. Funkcje bezpieczeństwa stale się poprawiają wraz z nowszymi standardami 5G.

Operatorzy przemysłowi wdrażający systemy zdalnego monitoringu 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 wzrost liczby podłączonych 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 operacji rozproszonych, inteligencji brzegowej, konserwacji predykcyjnej i zdalnego zarządzania zasobami.

W miarę jak Przemysł 4.0 obejmuje coraz bardziej odległe środowiska, łączność komórkowa będzie w coraz większym stopniu definiować sposób, w jaki 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 oraz systemów technologii operacyjnej. Jego doświadczenie obejmuje projekty integracji w terenie z wykorzystaniem platform Honeywell, GE, ABB i Emerson w sektorach energetyki, usług komunalnych oraz monitoringu środowiska.