23.02.2024

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

Sistema de transporte autónomo em pavilhão de produção

Versão resumida

Baixa latência, bem como estabilidade e taxas de transmissão de dados elevadas: estas são algumas das vantagens do 5G. As chamadas redes de campus 5G prometem um potencial considerável para aplicações industriais. Os grandes grupos da indústria química e locais integrados estão a explorá-las – e a descobrir, entre outras coisas, como o 5G pode ser útil na operação de sistemas de transporte autónomo, bem como em depósitos e na gestão da cadeia de fornecimento.

5G como impulsionador da transformação digital

Um olhar sobre o passado: raramente quatro associações industriais estiveram tão unidas como no caso do tema do 5G. Num comunicado de imprensa conjunto, em novembro de 2020, a VCI, a VDA, a VDMA e a ZVEI declararam uma "elevada procura de redes de campus 5G industrias". Para a indústria química, Martin Schwibach, responsável por Industrial Connectivity & Industrial Mobility na BASF, fala sobre as redes de campus 5G como um "requisito importante para impulsionar a transformação digital na indústria química." Schwibach é considerado um dos impulsionadores das novas tecnologias na indústria química.

Não é segredo que a BASF, tal como outros grupos da indústria química, está há já algum tempo a trabalhar na tecnologia sem fios 5G. Já em 2018, um artigo na revista Wirtschaftswoche ilustrava que as comunicações móveis 5G poderiam "virar o mundo da logística da BASF de pernas para o ar." Na altura, o gestor da BASF, Matthias Frankhänel, demonstrou como um camião-cisterna autónomo "apalpa" o caminho através das instalações de Ludwigshafen – seguindo sempre os transponders embutidos no solo e monitorizados de perto por câmaras de vídeo e um colaborador num centro de comando central. Frankhänel já sabia na altura: "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 criou um ambiente de teste para o 5G em várias áreas de aplicação da produção.

Redes móveis sob a sua própria soberania

O grupo não foi o único a fazê-lo. Em maio de 2021, 126 empresas e organizações apresentaram um pedido à Agência Federal de Redes alemã para a atribuição de frequências no intervalo de 3700 a 3800 MHz para a sua rede 5G local – incluindo a Phoenix Contact. Este tipo de rede de campus – muitas vezes em conjunto com uma edge cloud – abre novas possibilidades para a comunicação industrial no contexto da Industrie 4.0. Ao contrário das anteriores tecnologias de redes móveis – as empresas podem controlar totalmente estas redes nas suas instalações, mantendo assim a soberania sobre os seus próprios dados, podendo determinar a segurança e a disponibilidade da rede. No entanto, as redes também podem ser instaladas e exploradas por operadores públicos ou outros fornecedores, o que também permite a sua utilização por operadores de média dimensão da indústria de processos.

Os AGV (veículos de transporte autónomo) que abastecem a enorme fábrica da BASF com matérias-primas representam um caso espetacular, mas não o único, de um uso possível das comunicações móveis 5G na indústria de processos. Uma vez que os veículos autónomos circulam normalmente em áreas sem atmosfera potencialmente explosiva, a transmissão dos vídeos em direto necessários para a monitorização é uma das primeiras aplicações possíveis em grandes unidades químicas. Para as aplicações em que a proteção contra explosões desempenha um papel importante, os atuais conceitos de proteção para a comunicação industrial têm de ser urgentemente revistos e adaptados aos novos requisitos de prevenção de fontes de ignição.

Sistema de chuveiros de emergência numa fábrica

Uma monitorização de chuveiros de emergência permite aumentar a segurança do pessoal da fábrica, alertando imediatamente o posto de primeiros socorros da empresa mais próximo

Potenciais aplicações para o 5G

É previsível que as aplicações do 5G atualmente em discussão na indústria química possam ser implementadas a partir de 2025. Para além da operação dos AGV, isto inclui numerosas aplicações na produção, p. ex., a transmissão de big data típica da Industrie 4.0 para a monitorização e otimização. Ou aplicações críticas em termos de segurança, p. ex., a comunicação da operação de um chuveiro de emergência a uma equipa de salvamento.

Vista de um parque de depósitos com inúmeros tanques de diferentes dimensões

Com uma monitorização do nível de enchimento, os desvios em parâmetros importantes da instalação, tais como o nível de enchimento, a temperatura ou a pressão, são detetados atempadamente na rede de comunicação

Existem muitas outras aplicações possíveis na logística e na gestão da cadeia de fornecimento. Por exemplo, as lacunas na cadeia de fornecimento podem ser evitadas se, no âmbito da gestão do inventário, os níveis de enchimento dos depósitos forem automaticamente enviados aos fornecedores e desencadearem uma encomenda quando necessário. Em princípio, isto também pode ser implementado com outras tecnologias de comunicação. No entanto, se estiver disponível uma rede de campus 5G - como é o caso na Phoenix Contact - faz sentido utilizá-la para estas aplicações.

Também é possível a transmissão no sentido inverso: o fornecedor pode enviar, ainda antes da entrega, informações sobre a qualidade do lote de produtos em curso para a empresa de transformação, que pode então utilizá-las, p. ex., para otimizar o processo. Outras opções resultam da transmissão de dados para efeitos de rastreabilidade dos processos de produção, que é há muito obrigatória nas indústrias farmacêutica e alimentar. Além disso, os dados de qualidade registados dos produtos intermédios podem ser transmitidos, com pouco esforço, ao centro gestão de qualidade com a ajuda de tecnologias sem fios.

Pessoa com óculos de realidade aumentada mantém uma instalação de produção

Realidade aumentada auxilia nos trabalhos de manutenção

Monitorização mais fácil com drones

Outro caso para o 5G poderia ser a transmissão de sinais de vídeo como parte da monitorização de segurança de instalações extensas ou de acesso difícil - p. ex., steamcrackers, plataformas petrolíferas ou depósitos extensos. No futuro, os drones equipados com câmaras de infravermelhos, como os que já são utilizados por alguns corpos de bombeiros de fábricas em parques químicos, poderão voar de forma autónoma sobre as fábricas e armazéns a monitorizar e enviar os seus dados de vídeo para serem avaliados em tempo real. Isto permite detetar focos antes do incêndio deflagrar.

O 5G também abre oportunidades para as equipas de manutenção otimizarem o seu trabalho. Por exemplo, no âmbito da realidade aumentada através de óculos de dados ou tablets, ambos aplicações da Industrie 4.0 há muito propagadas e, nalguns casos, implementadas. A rede de campus 5G interna permite que o pessoal de serviço da instalação receba sempre instruções técnicas ou vídeos curtos no local. De acordo com a visão, mesmo uma transferência de dados em massa causada por uma equipa inteira de trabalhadores móveis e alguns transportadores AGV deixaria de provocar estrangulamentos.

Infográfico sobre as várias características do 5G

As diferentes características do 5G Industrial podem ser usadas em função do requisito

5G oferece serviços valiosos

Perante todas estas aplicações possíveis, uma característica da tecnologia 5G é particularmente importante: ao contrário de outros padrões de rede móvel, o 5G é uma infraestrutura de comunicações completa. Contém serviços valiosos – p. ex., a opção de atribuir recursos e prioridades de diferentes formas aos participantes. A monitorização de funções críticas nas operações de produção exige certamente um elevado nível de fiabilidade na transmissão de dados; a prioridade teria de ser aumentada em conformidade. Por outro lado, os dados para a monitorização do estado de várias bombas como parte da manutenção preditiva não são geralmente críticos em termos de tempo. A prioridade deveria, por conseguinte, ser reduzida.

As taxas de dados necessárias são também bastante baixas. O exemplo do chuveiro de emergência mostra que uma baixa taxa de dados não está necessariamente correlacionado com uma baixa prioridade. O posto de primeiros socorros só precisa de um único sinal para detetar que o chuveiro de emergência foi usado. Mas este tem de chegar o mais rapidamente possível. As elevadas taxas de dados necessárias para o funcionamento dos AGV, por outro lado, contentam-se com uma prioridade mais baixa. Se a autoestrada de dados ficar mesmo muito congestionada, os dados podem ser estacionados simplesmente no ponto de paragem seguro mais próximo.

Olhar para o futuro

Estas possibilidades de orquestrar a rede 5G, de modo a cobrir as necessidades de aplicações muito diferentes em operações industriais, distingue claramente o 5G de todas as outras tecnologias de transmissão. É possível que um dia venha a tornar-se a única norma de comunicação – pelo menos nas principais unidades industriais. É certo que se trata de um sonho do futuro. É provável que a coexistência de diferentes tecnologias de ligação com e sem fios irá a caracterizar durante muito tempo a maioria das empresas da indústria de processos. E muitas empresas químicas mais pequenas trabalharão no futuro completamente sem o 5G. No entanto, em apenas alguns anos, o 5G estará a demonstrar os seus benefícios em inúmeras empresas através das aplicações descritas na intralogística com a integração de AGV e drones, bem como através de aplicações no âmbito da monitorização do estado e da manutenção.