23.02.2024

5G-campusnetværk Eksempler på industrielle anvendelser af trådløs bredbåndskommunikation.

Førerløse transportsystemer (FTS) i en produktionshal

Resumé

Kort latenstid, høj stabilitet og dataoverførselshastigheder: Det er nogle af de egenskaber, som 5G scorer højt på. Såkaldte 5G-campusnetværk har et stort potentiale for industrielle anvendelser. Store kemiske virksomheder og integrerede anlæg udforsker disse – og opdager bl.a., hvordan 5G kan være nyttigt i driften af førerløse transportsystemer såvel som i tanklagre og inden for Supply Chain Management.

5G som drivkraft for digital transformation

Et kig ind i fortiden: Sjældent har fire brancheorganisationer været så enige som i spørgsmålet om 5G. I en fælles pressemeddelelse i november 2020 udtalte VCI, VDA, VDMA og ZVEI, at der var "stor efterspørgsel efter industrielle 5G-campusnetværk". For den kemiske industri taler Martin Schwibach, ansvarlig for Industrial Connectivity & Industrial Mobility hos BASF, om 5G-campusnetværk som en "vigtig forudsætning for at drive den digitale transformation i den kemiske industri fremad." Schwibach betragtes som en af drivkræfterne bag nye teknologier i den kemiske industri.

Det er ingen hemmelighed, at BASF, ligesom andre kemiske virksomheder, har arbejdet på 5G trådløs teknologi i nogen tid. Allerede i 2018 illustrerede en artikel i Wirtschaftswoche, at 5G-mobilkommunikation kunne "vende op og ned på logistikverdenen hos BASF ...". BASF-direktør Matthias Frankhänel demonstrerede derefter, hvordan en førerløs tankbil "føler sig frem" gennem Ludwigshafen-anlægget – altid efter transpondere indlejret i jorden og nøje overvåget af videokameraer og en medarbejder i et centralt kontrolcenter. Frankhänel vidste allerede dengang: "Hvis vi bruger 20 eller flere køretøjer i fremtiden, vil vi kun være i stand til at håndtere massedataoverførsel med 5G-teknologi." Som følge heraf oprettede BASF et testmiljø for 5G i forskellige anvendelsesområder i produktionsmiljøet.

Mobilnetværk under egen kontrol

Koncernen var ikke alene om dette. Fra maj 2021 har 126 virksomheder og organisationer indsendt en ansøgning til det tyske netværksagentur om frekvensallokering i 3700 til 3800 MHz-området til deres lokale 5G-netværk – herunder Phoenix Contact. Et sådant campusnetværk – ofte i forbindelse med en edge cloud – åbner op for nye muligheder for industriel kommunikation i forbindelse med Industrie 4.0. I modsætning til tidligere mobiltelefonteknologier kan virksomheder fuldt ud kontrollere sådanne netværk i deres lokaler og dermed bevare suveræniteten over deres egne data og bestemme netværkets sikkerhed og tilgængelighed. De kan dog også få netværkene installeret og drevet af offentlige operatører eller andre udbydere, hvilket også gør det muligt for mellemstore aktører i procesindustrien at bruge dem.

AGV'erne (Automated Guided Vehicles), dvs. de førerløse transportfartøjer, der forsyner den enorme BASF-fabrik med råmaterialer, repræsenterer en spektakulær, men på ingen måde den eneste mulige anvendelse af 5G-mobilkommunikation i procesindustrien. Da de førerløse køretøjer normalt kører i ikke-farlige områder, er transmissionen af de livevideoer, der kræves til overvågning, en af de første mulige anvendelser på store kemiske anlæg. For anvendelser, hvor eksplosionsbeskyttelse spiller en rolle, er der et presserende behov for at revidere de nuværende beskyttelseskoncepter for industriel kommunikation og tilpasse dem til de nye krav til forebyggelse af antændelseskilder.

Overvågning af nødbrusere kan øge sikkerheden for fabrikkens personale ved straks at alarmere det nærmeste bedriftslægecenter

Potentielle anvendelsesmuligheder for 5G

Det kan forudses, at de anvendelser af 5G, der i øjeblikket diskuteres i den kemiske industri, vil kunne realiseres fra omkring 2025. Ud over driften af førerløse transportfartøjer omfatter dette talrige anvendelser i produktionen, f.eks. big data-overførsler til overvågning og optimering, som er typisk for Industrie 4.0. Eller sikkerhedskritiske brugsscenarier, f.eks. driftsmelding om en nødbruser til et redningshold.

Udsigt over en tankgård med mange tanke i forskellige størrelser

Med niveauovervågning registreres afvigelser i vigtige systemparametre som påfyldningsniveau, temperatur eller tryk tidligt i kommunikationsnetværket

Der er mange andre anvendelsesmuligheder inden for logistik og supply chain management. For eksempel kan huller i forsyningskæden undgås, hvis tankens fyldningsgrad i forbindelse med lagerstyring automatisk sendes til leverandører og udløser en ordre, når det er nødvendigt. I princippet kan det også lade sig gøre med andre kommunikationsteknologier. Men hvis et 5G-campusnetværk er tilgængeligt – som det er tilfældet hos Phoenix Contact – giver det mening at bruge det til sådanne applikationer.

Overførsel i den modsatte retning er også mulig: Leverandøren kan sende kvalitetsoplysninger om det aktuelle produktparti til forarbejdningsvirksomheden før levering, som derefter kan bruge dem til f.eks. procesoptimering. Yderligere muligheder opstår ved videresendelse af data med henblik på sporbarhed af produktionsprocesser, hvilket længe har været et must i medicinal- og fødevareindustrien. Derudover kan registrerede kvalitetsdata fra mellemprodukter overføres til QM-centret med en lille indsats ved hjælp af trådløs teknologi.

Person med Augmented Reality-briller vedligeholder et produktionsanlæg

Augmented Reality støtter under vedligeholdelsesarbejde

Nemmere overvågning med droner

En anden opgave for 5G kunne være overførsel af videosignaler som en del af sikkerhedsovervågningen af omfattende eller svært tilgængelige anlæg – f.eks. dampkrakkere, olieplatforme eller omfattende tankanlæg. I fremtiden vil droner udstyret med termiske kameraer, som dem, der allerede bruges af nogle brandstationer i kemikalieparker, kunne flyve autonomt over de fabrikker og lagre, der skal overvåges, og sende deres videodata til evaluering i realtid. Hotspots opdages således, før en brand bryder ud.

5G vil også åbne muligheder for, at vedligeholdelsesteams kan optimere deres arbejde. For eksempel i forbindelse med Augmented Reality via databriller eller tablets, som begge er Industrie 4.0-applikationer, der længe har været udbredt og i nogle tilfælde implementeret. Servicepersonalet kan til enhver tid få tekniske instruktioner eller korte videoer på fabrikken via fabrikkens eget 5G-campusnetværk. Ifølge visionen vil selv en massiv dataoverførsel forårsaget af et helt team af mobile medarbejdere plus et par førerløse transportfartøjer ikke længere føre til flaskehalse.

Infografik om de forskellige funktioner i 5G

De forskellige egenskaber ved Industrial 5G kan udnyttes afhængigt af kravene

5G giver værdifulde tjenester

I lyset af alle disse mulige brugsscenarier er et træk ved 5G-teknologien særligt vigtigt: I modsætning til andre mobilkommunikationsstandarder er 5G en fuldgyldig kommunikationsinfrastruktur. Det indeholder værdifulde tjenester – f.eks. muligheden for at tildele ressourcer og prioriteter til deltagerne på forskellige måder. Overvågning af kritiske funktioner i produktionen kræver helt sikkert en høj grad af pålidelighed i dataoverførslerne, og prioriteten bør sættes derefter. På den anden side er data til tilstandsovervågning af et antal pumper som en del af forebyggende vedligeholdelse generelt ikke tidskritiske. Prioriteten bør derfor sættes lavt.

De krævede datahastigheder er også ret lave. Eksemplet med nødbruseren viser, at en lav datahastighed ikke nødvendigvis hænger sammen med en lav prioritet. Førstehjælpsstationen behøver kun et enkelt signal for at registrere, at nødbruseren er blevet brugt. Men det skal nå frem så hurtigt som muligt. De høje datahastigheder, der kræves til drift af førerløse transportkøretøjer, har på den anden side lavere prioritet. Hvis det virkelig brænder på på datamotorvejen, kan de bare parkeres ved det nærmeste sikre stoppested.

Et kig ind i fremtiden

Denne evne til at orkestrere 5G-netværket, så det dækker behovene for en lang række applikationer i industriel drift, adskiller klart 5G fra alle andre overførselsteknologier. Det kan en dag blive den eneste kommunikationsstandard – i hvert fald i de store industriområder. Det ligger ganske vist langt ude i fremtiden. Sameksistensen af forskellige trådløse og kablede tilslutningsteknikker vil sandsynligvis fortsætte med at præge de fleste virksomheder i procesindustrien i lang tid fremover. Og mange mindre kemiske virksomheder vil arbejde helt uden 5G i fremtiden. Men i løbet af få år vil 5G demonstrere sine fordele i mange virksomheder gennem de brugsscenarier, der er beskrevet i intralogistik med integrering af førerløse transportkøretøjer og droner, samt gennem applikationer i forbindelse med tilstandsovervågning og vedligeholdelse.