23.02.2024

Redes de campus 5G Exemplos de aplicações industriais para comunicação de banda larga sem fio.

Sistema de transporte autônomo em um galpão de produção

Resumo

Baixa latência, alta estabilidade e taxas de transferência de dados: esses são alguns dos recursos com os quais o 5G tem uma pontuação alta. As chamadas redes de campus 5G prometem um potencial considerável para aplicações industriais. Grandes empresas químicas e instalações integradas estão explorando esses recursos e descobrindo, entre outras coisas, como o 5G pode ser útil na operação de sistemas de transporte sem motorista, bem como em parques de tanques e no gerenciamento da cadeia de suprimentos.

5G como alavancador da transformação digital

Uma retrospectiva: poucas vezes quatro associações do setor estiveram tão unidas quanto em relação ao tópico do 5G. Em um comunicado de imprensa conjunto em novembro de 2020, a VCI, a VDA, a VDMA e a ZVEI declararam uma "alta demanda por redes de campus 5G industriais". Para o setor químico, Martin Schwibach, responsável por Conectividade Industrial e Mobilidade Industrial na BASF, fala sobre as redes de campus 5G como um "pré-requisito importante para impulsionar a transformação digital no setor químico". Schwibach é considerado um dos impulsionadores de novas tecnologias no setor químico.

É sabido que a BASF, assim como outras empresas químicas, vem trabalhando na tecnologia sem fio 5G há algum tempo. Em 2018, um artigo da revista alemã Wirtschaftswoche ilustrou que as comunicações móveis 5G poderiam "virar o mundo da logística da BASF de cabeça para baixo...". O gerente da BASF, Matthias Frankhänel, demonstrou como um caminhão-tanque sem motorista "detecta seu caminho" pela fábrica de Ludwigshafen – sempre seguindo transponders embutidos no solo e monitorados de perto por câmeras de vídeo e um colaborador em um centro de controle central. Frankhänel já sabia na época: "Se usarmos 20 ou mais veículos no futuro, só conseguiremos lidar com a transferência de dados em massa com a tecnologia 5G". Como resultado, a BASF montou um ambiente de teste para 5G em várias áreas de aplicação no ambiente de produção.

Redes móveis sob controle próprio

O grupo não foi o único a fazer isso. Em maio de 2021, 126 empresas e organizações enviaram uma solicitação à Agência Federal de Redes da Alemanha para alocação de frequência na faixa de 3700 a 3800 MHz para sua rede 5G local – incluindo a Phoenix Contact. Essa rede de campus, muitas vezes em conjunto com uma Edge Cloud, abre novas possibilidades para a comunicação industrial no contexto da Indústria 4.0. Diferentemente das anteriores tecnologias de telefonia móvel, as empresas podem controlar totalmente essas redes em suas instalações, mantendo assim a soberania sobre seus próprios dados e determinando a segurança e a disponibilidade da rede. No entanto, também é possível ter as redes instaladas e operadas por operadoras públicas ou outros provedores, o que também permite que os participantes de médio porte da indústria de processos as utilizem.

Os FTFs (veículos de transporte autônomos) que abastecem a enorme fábrica da BASF com matérias-primas representam um caso de uso espetacular, mas de forma alguma o único possível, para as comunicações móveis 5G na indústria de processos. Como os veículos sem motorista geralmente não circulam em áreas de atmosfera potencialmente explosiva, a transmissão dos vídeos ao vivo necessários para o monitoramento é uma das primeiras aplicações possíveis em grandes instalações químicas. Para aplicações em que a proteção contra explosão desempenha um papel importante, os conceitos atuais de proteção para comunicação industrial precisam ser urgentemente revisados e adaptados aos novos requisitos de prevenção de fontes de ignição.

Sistema de chuveiro de emergência em um galpão de fábrica

O monitoramento de chuveiros de emergência pode aumentar a segurança do pessoal da fábrica, alertando imediatamente o centro médico da empresa mais próximo

Aplicações em potencial para 5G

É previsível que as aplicações para 5G que estão sendo discutidas atualmente no setor químico poderão ser concretizadas por volta de 2025. Além da operação do FTF, isso inclui várias aplicações na produção, por exemplo, a transmissão de big data para monitoramento e otimização que é típica da Indústria 4.0. Ou casos de uso críticos para a segurança, por exemplo, sinalizar o funcionamento de um chuveiro de emergência para uma equipe de resgate.

Vista de um parque de tanques com vários tanques de diferentes tamanhos

Com um sistema de monitoramento de nível de enchimento, os desvios em parâmetros importantes da instalação, como nível de enchimento, temperatura ou pressão, são reconhecidos de forma rápida na rede de comunicação

Há muitas outras aplicações possíveis na logística e no gerenciamento da cadeia de suprimentos. Por exemplo, as lacunas na cadeia de suprimentos podem ser evitadas se, no contexto do gerenciamento de estoque, os níveis de enchimento dos tanques forem enviados automaticamente aos fornecedores e acionarem um pedido quando necessário. Em princípio, isso também pode ser feito com outras tecnologias de comunicação. No entanto, se uma rede 5G no campus estiver disponível, como é o caso da Phoenix Contact, faz sentido usá-la para tais casos.

A transmissão na direção oposta também é possível: o fornecedor pode enviar informações de qualidade sobre o lote de produtos atual para a empresa de processamento antes da entrega, que pode então usá-las para otimizar o processo, por exemplo. Outras opções surgem no encaminhamento de dados para fins de rastreabilidade dos processos de produção, o que há muito tempo é uma necessidade nas indústrias farmacêutica e alimentícia. Além disso, os dados de qualidade registrados de produtos intermediários podem ser transmitidos para o centro de gerenciamento de qualidade com pouco esforço usando a tecnologia sem fio.

Uma pessoa com óculos de realidade aumentada faz a manutenção de uma planta de produção

A realidade aumentada ajuda nos trabalhos de manutenção

Monitoramento mais fácil com drones

Outro caso para o 5G poderia ser a transmissão de sinais de vídeo como parte do monitoramento de segurança de instalações extensas ou pouco acessíveis, por exemplo, de craqueamentos a vapor, plataformas de petróleo ou extensos parques de tanques. No futuro, drones equipados com câmeras de imagens térmicas, como os que já são usados por alguns postos de bombeiros de fábricas em parques químicos, poderão voar de forma autônoma sobre as fábricas e os armazéns a serem monitorados e enviar seus dados de vídeo para avaliação em tempo real. Assim, os focos de incêndio são detectados antes do início do incêndio.

O 5G também abrirá oportunidades para que as equipes de manutenção otimizem seu trabalho. Por exemplo, no âmbito da realidade aumentada por meio de óculos de dados ou tablets, ambas aplicações da Indústria 4.0 que têm sido propagadas e, em alguns casos, implementadas há muito tempo. A equipe de serviço pode receber instruções técnicas ou vídeos curtos a qualquer momento no local da instalação por meio da rede de campus 5G da própria fábrica. De acordo com a visão, mesmo uma transferência de dados em massa causada por uma equipe inteira de colaboradores móveis e alguns transportadores FTF não causaria mais pontos críticos.

Infográfico sobre as diversas propriedades do 5G

As várias propriedades do 5G industrial podem ser utilizadas de acordo com os requisitos

O 5G oferece serviços valiosos

Em vista de todos esses possíveis casos de uso, um recurso da tecnologia 5G é especialmente importante: ao contrário de outros padrões de rede móvel, o 5G é uma infraestrutura de comunicação completa. Ele contém serviços valiosos como, por exemplo, a opção de atribuir recursos e prioridades aos dispositivos de diferentes maneiras. O monitoramento de funções críticas nas operações de produção certamente exige um alto nível de confiabilidade na transmissão de dados; a prioridade deve ser definida de forma correspondente. Por outro lado, os dados para o monitoramento de estado de várias bombas como parte da manutenção preditiva geralmente não são críticos em termos de tempo. Portanto, a prioridade deve ser definida como baixa.

As taxas de dados necessárias também são bastante baixas. O exemplo do chuveiro de emergência mostra que uma baixa taxa de dados não está necessariamente relacionada a uma baixa prioridade. A estação de primeiros socorros só precisa de um único sinal para reconhecer que o chuveiro de emergência foi usado. Mas isso deve chegar a ela o mais rápido possível. As altas taxas de dados necessárias para a operação de FTFs, por outro lado, têm uma prioridade menor. Se as coisas ficarem realmente apertadas na rodovia de informações, eles podem simplesmente ser estacionados no ponto de parada seguro mais próximo.

Uma visão do futuro

Essa capacidade de orquestrar a rede 5G para que ela atenda às necessidades de uma ampla variedade de aplicações em operações industriais claramente diferencia o 5G de todas as outras tecnologias de transmissão. Um dia, ele poderá se tornar o único padrão de comunicação, pelo menos nas principais unidades industriais. É certo que ainda falta muito para isso. A coexistência de diferentes tecnologias de conexão com e sem fio provavelmente continuará caracterizando a maioria das empresas da indústria de processos por um longo tempo. E muitas empresas químicas de menor porte trabalharão completamente sem o 5G no futuro. No entanto, em apenas alguns anos, o 5G estará mostrando seus benefícios em várias empresas por meio dos casos de uso descritos na intralogística com a integração de FTFs e drones, bem como por meio de aplicações no contexto de monitoramento e manutenção de condições.