23.02.2024

Reti campus 5G Esempi di applicazioni industriali per la comunicazione wireless a banda larga.

Sistemi di trasporto senza conducente in un capannone di produzione

Sintesi

Bassa latenza, elevata stabilità e velocità di trasferimento dei dati: queste sono solo alcune delle caratteristiche su cui punta il 5G. Le cosiddette reti campus 5G promettono un notevole potenziale per le applicazioni industriali. Le grandi aziende chimiche e i siti integrati stanno esplorando questi aspetti e scoprendo, tra l'altro, come il 5G possa essere utile nel funzionamento dei sistemi di trasporto senza conducente, nei parchi serbatoi e nella gestione della catena di approvvigionamento.

Il 5G come motore della trasformazione digitale

Uno sguardo al passato: raramente quattro associazioni di settore sono state così unite come sul tema del 5G. In un comunicato stampa congiunto del novembre 2020, VCI, VDA, VDMA e ZVEI hanno constatato una "forte domanda di reti industriali 5G per campus". Per l'industria chimica, Martin Schwibach, responsabile della connettività industriale e della mobilità industriale di BASF, parla delle reti campus 5G come di un "importante prerequisito per portare avanti la trasformazione digitale dell'industria chimica". Schwibach è considerato uno dei promotori delle nuove tecnologie nell'industria chimica.

Non è un segreto che BASF, così come altre aziende chimiche, stia lavorando da tempo alla tecnologia wireless 5G. Già nel 2018 un articolo della rivista tedesca Wirtschaftswoche illustrava che le reti mobili 5G avrebbero potuto "mettere sottosopra il mondo della logistica di BASF...". Matthias Frankhänel, manager di BASF, ha mostrato come un'autocisterna senza conducente "si approccia" al sito di Ludwigshafen, seguendo sempre i transponder incorporati nel terreno e monitorati da vicino da telecamere e da un collaboratore in un centro di controllo centrale. Frankhänel lo sapeva già all'epoca: "Se in futuro utilizzeremo 20 o più veicoli, saremo in grado di gestire il trasferimento di dati di massa solo con la tecnologia 5G". Di conseguenza, BASF ha creato un ambiente di test per il 5G in varie aree di applicazione nell'ambiente di produzione.

Reti di telefonia mobile sotto il proprio controllo

Il Gruppo non è stato il solo a seguire questa strada. Nel maggio 2021 126 aziende e organizzazioni, tra cui Phoenix Contact, hanno presentato alla BNetzA (Bundesnetzagentur - Agenzia federale tedesca preposta alla gestione delle reti) una richiesta di assegnazione di frequenze nella gamma da 3700 a 3800 MHz per la propria rete 5G locale. Una rete campus di questo tipo, spesso in combinazione con un Edge Cloud, apre nuove possibilità per la comunicazione industriale nel contesto dell'Industry 4.0. A differenza delle precedenti tecnologie di telefonia mobile, le aziende possono controllare completamente queste reti all'interno della propria sede, mantenendo così la sovranità sui propri dati e determinando la sicurezza e la disponibilità della rete. Tuttavia, le reti possono essere installate e gestite anche da operatori pubblici o da altri fornitori, il che consente l'utilizzo anche alle medie imprese dell'industria di processo.

Gli AGV (Automated Guided Vehicle) che riforniscono di materie prime l'enorme stabilimento BASF rappresentano un caso d'utilizzo spettacolare, ma non certo l'unico possibile, per le reti mobili 5G nell'industria di processo. Poiché i veicoli senza conducente viaggiano solitamente in zone Ex, la trasmissione dei video in diretta necessari per il monitoraggio è una delle prime applicazioni possibili nei grandi siti chimici. Per le applicazioni in cui la protezione dalle esplosioni svolge un ruolo importante, gli attuali piani di protezione per le comunicazioni industriali devono essere urgentemente rivisti e adattati ai nuovi requisiti di prevenzione delle fonti di accensione.

Sistema di docce di emergenza in un edificio industriale

Il monitoraggio delle docce di emergenza può aumentare la sicurezza del personale dell'impianto, allertando immediatamente la stazione di primo soccorso aziendale

Potenziali applicazioni del 5G

Si prevede che le applicazioni del 5G attualmente in discussione nell'industria chimica saranno realizzabili a partire dal 2025 circa. Oltre all'AGV, questo include numerose applicazioni nella produzione, ad esempio la trasmissione di big data per il monitoraggio e l'ottimizzazione (Monitoring & Optimization), tipici dell'Industry 4.0. Oppure casi di applicazione critici dal punto di vista della sicurezza, come ad esempio la segnalazione del funzionamento di una doccia di emergenza a una squadra di soccorso.

Vista di un parco serbatoi con numerosi serbatoi di diverse dimensioni

Con il monitoraggio del livello di riempimento, le deviazioni di parametri importanti del sistema come il livello di riempimento, la temperatura o la pressione vengono riconosciute tempestivamente nella rete di comunicazione

Esistono molte altre applicazioni possibili nella logistica e nella gestione della catena di fornitura. Ad esempio, è possibile evitare lacune nella catena di approvvigionamento se, nel contesto dell'Inventory Management, i livelli di riempimento dei serbatoi vengono inviati automaticamente ai fornitori e attivano un ordine quando necessario. In linea di principio, ciò può essere realizzato anche con altre tecnologie di comunicazione. Tuttavia, se è disponibile una rete 5G nel campus, come nel caso di Phoenix Contact, ha senso utilizzarla per queste applicazioni.

È possibile anche una trasmissione in senso inverso: il fornitore può inviare informazioni sulla qualità del lotto di prodotto corrente all'azienda prima della consegna, che può utilizzarle, ad esempio, per ottimizzare il processo. Altre opzioni si creano con l'inoltro dei dati ai fini della tracciabilità dei processi di produzione, che da tempo è un must dell'industria farmaceutica e alimentare. Inoltre, i dati relativi alla qualità registrati dai prodotti intermedi possono essere trasmessi alla centrale del QM con poco sforzo grazie alla tecnologia wireless.

Una persona con gli occhiali per la Augmented Reality si occupa della manutenzione di un impianto di produzione

La Augmented Reality funge da supporto per i lavori di manutenzione

Monitoraggio semplificato con i droni

Un altro caso di utilizzo del 5G potrebbe essere la trasmissione di segnali video nell'ambito del monitoraggio della sicurezza di strutture estese o scarsamente accessibili, ad esempio steam cracker, piattaforme petrolifere o parchi serbatoi di grandi dimensioni. In futuro, i droni dotati di termocamere, come quelli già utilizzati da alcune stazioni antincendio nei parchi chimici, saranno in grado di sorvolare autonomamente gli impianti e i magazzini da monitorare e di trasmettere i dati video per una valutazione in tempo reale. Gli hotspot saranno così individuati prima dello scoppio di un incendio.

Il 5G offrirà anche ai team di manutenzione l'opportunità di ottimizzare il loro lavoro: ad esempio, nel contesto della Augmented Reality tramite occhiali o tablet, entrambe applicazioni Industry 4.0 da tempo diffuse e in alcuni casi implementate. Tramite la rete campus 5G interna, il personale di assistenza può ricevere istruzioni tecniche o brevi filmati in qualsiasi momento e direttamente sul campo. Secondo questa visione, anche un trasferimento di dati di massa causato da un'intera squadra di Mobile Worker più alcuni trasportatori AGV non causerebbe più scarsità di risorse.

Infografica sulle varie caratteristiche del 5G

Le diverse caratteristiche del 5G industriale possono essere utilizzate in base all'applicazione

Il 5G offre servizi preziosi

Alla luce di tutti questi possibili casi di applicazione, c'è una caratteristica della tecnologia 5G che è da considerare particolarmente importante: a differenza degli altri standard radiomobili, il 5G è un'infrastruttura di comunicazione a tutti gli effetti. Contiene servizi preziosi, come la possibilità di assegnare risorse e priorità ai partecipanti in modi diversi. Il monitoraggio di funzioni critiche nel ciclo produttivo richiede certamente un alto livello di affidabilità nella trasmissione dei dati; la priorità deve essere stabilita di conseguenza. D'altra parte, i dati per il monitoraggio dello stato di un certo numero di pompe nell'ambito della manutenzione predittiva generalmente non sono critici in termini di tempo. La priorità dovrebbe quindi essere bassa.

Anche le velocità di trasmissione dei dati richieste sono piuttosto basse. L'esempio della doccia di emergenza dimostra che una bassa velocità di trasmissione dei dati non è necessariamente correlata a una bassa priorità. La stazione di primo soccorso ha bisogno di un solo segnale per riconoscere che la doccia di emergenza è stata utilizzata. Ma la stazione deve ricevere il segnale il prima possibile. Le elevate velocità di trasmissione dati richieste per il funzionamento degli AGV, invece, hanno una priorità minore. Se la superstrada dell'informazione è molto trafficata, si possono semplicemente parcheggiare nel punto di sosta sicuro più vicino.

Uno sguardo al futuro

Questa capacità di organizzare la rete 5G in modo da coprire le esigenze di un'ampia varietà di applicazioni nelle operazioni industriali è un chiaro tratto distintivo del 5G rispetto a tutte le altre tecnologie di trasmissione. Un giorno il 5G potrebbe diventare l'unico standard di comunicazione, almeno nei principali siti industriali. Certo, la strada è ancora lunga. La coesistenza di diverse tecnologie di connessione wireless e cablate continuerà probabilmente a caratterizzare la maggior parte delle aziende dell'industria di processo ancora per molto tempo. E molte piccole aziende chimiche lavoreranno completamente senza il 5G in futuro. Tuttavia, nel giro di pochi anni, il 5G dimostrerà i suoi vantaggi in numerose aziende attraverso i casi di applicazione descritti nell'intralogistica con l'integrazione di AGV e droni, nonché attraverso applicazioni nel contesto del monitoraggio dello stato e della manutenzione.