23-02-2024

5G-campusnetwerken Voorbeelden van industriële toepassingen voor de draadloze breedbandcommunicatie.

Zelfrijdend transportsysteem in een productiehal

In het kort

Lage latentie en hoge stabiliteit en dataoverdrachtsnelheden: dat zijn maar een paar kenmerken waarmee 5G hoog scoort. Zogenaamde 5G-campusnetwerken beloven een aanzienlijk potentieel voor industriële toepassingen. Grote chemische bedrijven en met elkaar verbonden locaties zijn ze aan het verkennen en ontdekken o.a. hoe 5G nuttig kan zijn bij het gebruik van zelfrijdende transportsystemen, tankparken en in het Supply Chain Management.

5G als aanjager van de digitale transformatie

Een blik in het verleden: zelden waren vier brancheverenigingen zo eensgezind als bij het onderwerp 5G. In een gezamenlijk persbericht van november 2020 verklaarden VCI, VDA, VDMA en ZVEI dat er een 'grote vraag is naar industriële 5G-campusnetwerken'. Voor de chemische industrie spreekt Martin Schwibach, verantwoordelijk voor Industrial Connectivity & Industrial Mobility bij BASF, over 5G-campusnetwerken als een "belangrijke voorwaarde voor het stimuleren van de digitale transformatie in de chemische industrie". Schwibach wordt beschouwd als een van de drijvende krachten achter nieuwe technologieën in de chemische industrie.

Het is geen geheim dat BASF, net als andere chemische bedrijven, al enige tijd werkt aan draadloze 5G-technologie. In 2018 illustreerde een artikel in het tijdschrift Wirtschaftswoche dat draadloze 5G-telecomnetwerken 'de logistieke wereld bij BASF op zijn kop zouden kunnen zetten ...'. BASF manager Matthias Frankhänel demonstreerde hoe een zelfrijdende tankwagen 'zijn weg voelt' over het fabrieksterrein van Ludwigshafen – altijd langs de transponders die in de grond zijn aangebracht en nauwlettend geobserveerd door videocamera's en een medewerker in een centrale controleruimte. Frankhänel wist toen al: 'Als we in de toekomst twintig of meer voertuigen gebruiken, kunnen we massale dataoverdracht alleen aan met 5G-technologie.' Daarom zette BASF een testomgeving op voor 5G in verschillende toepassingsgebieden in de productieomgeving.

Mobiele netwerken in eigen beheer

Het bedrijf stond hierin niet alleen. Vanaf mei 2021 dienden 126 bedrijven en organisaties een aanvraag in bij het Duitse netwerkagentschap voor frequentietoewijzing in het 3700 tot 3800 MHz-bereik voor hun lokale 5G-netwerk – waaronder Phoenix Contact. Zo'n campusnetwerk – vaak in combinatie met een Edge Cloud – opent nieuwe mogelijkheden voor industriële communicatie in de context van Industrie 4.0. In tegenstelling tot eerdere mobiele telefoontechnologieën kunnen bedrijven dergelijke netwerken volledig op hun eigen terrein beheren en zo de soevereiniteit over hun eigen data behouden en de veiligheid en beschikbaarheid van het netwerk bepalen. U kunt de netwerken echter ook laten installeren en beheren door openbare exploitanten of andere leveranciers, waardoor ook middelgrote spelers in de procesindustrie er gebruik van kunnen maken.

De AGV's (Automatic Guided Vehicles) die de enorme BASF-fabriek van grondstoffen voorzien, vertegenwoordigen een spectaculaire, maar zeker niet de enige mogelijke toepassing voor draadloze 5G-telecomnetwerken in de procesindustrie. Aangezien de zelfrijdende voertuigen meestal in explosiegevaarlijke omgevingen rijden, is de overdracht van live video's die nodig zijn voor de bewaking één van de eerste mogelijke toepassingen op grote chemische locaties. Voor toepassingen waarbij explosiebeveiliging een rol speelt, moeten de huidige beschermingsconcepten voor de industriële communicatie dringend worden herzien en aangepast aan de nieuwe vereisten voor het voorkomen van ontstekingsbronnen.

Een nooddouchebewaking kan de veiligheid van het fabriekspersoneel verhogen doordat meteen het dichtstbijzijnde medische centrum van het bedrijf wordt gewaarschuwd.

Potentiële toepassingen voor 5G

Het is te verwachten dat de toepassingen voor 5G die momenteel worden besproken in de chemische industrie rond 2025 realiseerbaar zullen zijn. Naast de bediening van de AGV omvat dit talrijke toepassingen in de productie, bijvoorbeeld de voor Industrie 4.0 typische overdracht van Big Data voor monitoring en optimalisatie. Of veiligheidskritieke toepassingen, zoals het versturen van een melding aan een reddingsteam dat één van de nooddouches gebruikt wordt.

Zicht op een tankpark met talrijke tanks van verschillende grootte

Met een vulniveaubewaking worden afwijkingen in belangrijke systeemparameters zoals vulniveau, temperatuur of druk vroegtijdig herkend in het communicatienetwerk

In het kader van de logistiek en het Supply Chain Management zijn er nog veel meer toepassingen mogelijk. Hiaten in de toeleveringsketen kunnen bijvoorbeeld worden vermeden als, in de context van het Inventory Management, de vulniveaus van tanks automatisch naar leveranciers worden gestuurd en daar indien nodig een bestelling activeren. In principe kan dit ook worden gerealiseerd met andere communicatietechnieken. Als er echter een 5G-campusnetwerk beschikbaar is – zoals het geval is bij Phoenix Contact – is het zinvol om dit te gebruiken voor dergelijke toepassingen.

Overdracht in omgekeerde richting is ook mogelijk: de leverancier kan nog vóór levering kwaliteitsinformatie over de huidige productbatch naar het verwerkingsbedrijf sturen, dat die informatie dan bijvoorbeeld kan gebruiken voor procesoptimalisatie. Verdere opties ontstaan bij het doorsturen van data voor de traceerbaarheid van productieprocessen, wat al lang een must is in de farmaceutische industrie en levensmiddelenindustrie. Bovendien kunnen geregistreerde kwaliteitsdata van tussenproducten met weinig moeite naar de QM-centrale worden verzonden dankzij draadloze technologie.

Persoon met Augmented Reality-bril voert onderhoud uit aan een productiefabriek

Augmented Reality ondersteunt bij onderhoudswerk

Eenvoudiger bewaken met drones

Een ander geval voor 5G zou de overdracht van videosignalen kunnen zijn als onderdeel van de veiligheidsbewaking van uitgebreide of slecht toegankelijke installaties – bijvoorbeeld steamcrackers, olieplatforms of grote tankparken. In de toekomst zullen met warmtebeeldcamera's uitgeruste drones, zoals ze al worden gebruikt door sommige brandweerkazernes in chemieparken, autonoom over de te bewaken fabrieken en magazijnen kunnen vliegen en hun videodata in realtime doorsturen ter evaluatie. Daardoor worden hotspots ontdekt nog voordat er brand uitbreekt.

5G biedt ook mogelijkheden voor onderhoudsteams om hun werk te optimaliseren. Bijvoorbeeld in de context van Augmented Reality via databrillen of tablets, beide Industrie 4.0 toepassingen die al lang gepropageerd en in sommige gevallen geïmplementeerd worden. Via het eigen 5G-campusnetwerk van de fabriek kan onderhoudspersoneel op elk moment ter plaatse in de fabriek technische instructies of korte video's krijgen. Volgens deze visie zou zelfs een massale dataoverdracht, veroorzaakt door een heel team van mobiele werknemers plus een paar AGV-transporteurs, niet langer tot knelpunten leiden.

Infographic over de verschillende eigenschappen van 5G

Afhankelijk van de vereisten kunnen de verschillende eigenschappen van Industrial 5G worden gebruikt

5G biedt waardevolle diensten

Met het oog op al deze mogelijke toepassingsgevallen springt één kenmerk van 5G-techniek vooral in het oog: in tegenstelling tot andere mobiele telefoniestandaarden is 5G een volwaardige communicatie-infrastructuur. Het bevat waardevolle diensten, zoals de mogelijkheid om middelen en prioriteiten op verschillende manieren aan deelnemers toe te wijzen. De bewaking van kritieke functies in de productie vereist zeker een hoge mate van betrouwbaarheid in de dataoverdracht; de prioriteit moet dienovereenkomstig verhoogd worden. Aan de andere kant zijn de data voor de toestandsbewaking van een aantal pompen als onderdeel van preventief onderhoud over het algemeen niet tijdkritisch. De prioriteit kan daarom laag worden ingesteld.

De vereiste datasnelheden zijn ook vrij laag. Het voorbeeld van de nooddouche toont aan dat een lage datasnelheid niet noodzakelijk correleert met een lage prioriteit. De eerstehulppost heeft maar één signaal nodig om te herkennen dat de nooddouche is gebruikt. Maar dit signaal moet de post zo snel mogelijk bereiken. De hoge datasnelheden die nodig zijn voor de werking van AGV's hebben daarentegen een lagere prioriteit. Als het echt krap wordt op de informatiesnelweg, kunnen ze gewoon worden geparkeerd bij de dichtstbijzijnde veilige stopplaats.

Een blik naar de toekomst

Dit vermogen om het 5G-netwerk zo te orkestreren dat het de behoeften van een grote verscheidenheid aan toepassingen in industriële activiteiten dekt, onderscheidt 5G duidelijk van alle andere overdrachtstechnieken. Het zou uiteindelijk de enige communicatiestandaard kunnen worden – in ieder geval op de belangrijkste industriële locaties. Toegegeven, dat is toekomstmuziek. Het naast elkaar bestaan van verschillende draadloze en bedrade aansluittechnieken zal waarschijnlijk nog lange tijd kenmerkend blijven voor de meeste bedrijven in de procesindustrie. En veel kleinere chemische bedrijven zullen in de toekomst volledig zonder 5G werken. Over slechts een paar jaar zal 5G echter zijn voordelen bewijzen in tal van bedrijven via de beschreven toepassingen in de intralogistiek met de integratie van AGV's en drones, maar ook via toepassingen in de context van toestandsbewaking en onderhoud.