23.02.2024

Кампусные сети 5G Примеры промышленного применения беспроводной широкополосной связи.

Автоматизированная система управления автомобилем в производственном цеху

Краткое резюме

Низкая задержка, высокая стабильность и скорость передачи данных: вот некоторые из характеристик, по которым 5G получает высокие оценки. Так называемые кампусные сети 5G обладают значительным потенциалом для промышленного применения. Крупные химические компании и производственные площадки изучают эти возможности и выясняют, в частности, как 5G может быть полезен в работе беспилотных транспортных систем, а также на танкерных складах и в процессах управления цепочками поставок.

5G как движущая сила цифровой трансформации

Взгляд в прошлое: редко когда четыре промышленных ассоциации были так едины, как при обсуждении темы 5G. В совместном пресс-релизе, опубликованном в ноябре 2020 года, VCI, VDA, VDMA и ZVEI заявили о «высоком спросе на промышленные кампусные сети 5G». От имени химической промышленности выступает Мартин Швибах, отвечающий в BASF за промышленную мобильность и связь, который говорит о кампусных сетях 5G как о «важной предпосылке для продвижения цифровой трансформации в химической промышленности». Швибах считается одним из драйверов развития новых технологий в химической промышленности.

Не секрет, что BASF, как и другие химические компании, уже некоторое время работает над беспроводной технологией 5G. Еще в 2018 году в одной из статей журнала Wirtschaftswoche говорилось о том, что мобильная связь 5G может «перевернуть мир логистики в BASF с ног на голову...». Руководитель BASF Маттиас Франкхенель продемонстрировал, как беспилотная автоцистерна «чувствует дорогу» по территории Людвигсхафена, постоянно следуя за транспондерами, вмонтированными в землю, и находясь под пристальным наблюдением видеокамер и сотрудника центрального диспетчерского пункта. Франкхенель уже тогда понимал: «Если в будущем мы будем использовать 20 или более автомобилей, то массовая передача данных будет возможна только с помощью технологии 5G». В результате BASF создала тестовую среду для 5G в различных областях применения на производстве.

Сети мобильной связи под собственным контролем

Концерн был не одинок в этом. По состоянию на май 2021 года 126 компаний и организаций подали заявки в Федеральное сетевое агентство Германии на выделение частот в диапазоне от 3700 до 3800 МГц для своей локальной сети 5G, в том числе и Phoenix Contact. Такая кампусная сеть - часто в сочетании с Edge Cloud - открывает новые возможности для промышленных коммуникаций в контексте индустрии 4.0. В отличие от предыдущих технологий мобильной связи, компании могут полностью контролировать такие сети на своей территории, сохраняя суверенитет над собственными данными и определяя безопасность и доступность сети. Компании могут также воспользоваться услугами государственных операторов или других провайдеров, что позволит средним компаниям в перерабатывающей промышленности использовать сети.

Автоматизированные управляемые автомобили (AGV), снабжающие сырьем огромный завод BASF, представляют собой впечатляющий, но далеко не единственный возможный вариант использования мобильной связи 5G в перерабатывающей промышленности. Поскольку автомобили без водителя обычно не передвигаются по взрывоопасной зоне, передача видео в реальном времени, необходимого для мониторинга, является одним из первых возможных применений на крупных химических объектах. Для приложений, в которых взрывозащита играет важную роль, существующие концепции защиты промышленной связи нуждаются в срочном пересмотре и адаптации к новым требованиям по предотвращению источников воспламенения.

Система аварийного душа в заводском цеху

Контроль аварийного душа может повысить безопасность персонала предприятия за счет немедленного оповещения ближайшего к предприятию медицинского центра

Потенциальные приложения для 5G

Можно предположить, что приложения для 5G, которые сейчас обсуждаются в химической промышленности, будут реализованы примерно к 2025 году. Помимо эксплуатации AGV, это включает в себя множество приложений на производстве, например, передачу больших данных для мониторинга и оптимизации, что характерно для индустрии 4.0. Или критически важные для безопасности случаи использования, например, сигнализация о работе аварийного душа для спасательной команды.

Вид на резервуарный парк с многочисленными резервуарами разных размеров

Система контроля уровня наполнения позволяет своевременно обнаружить отклонения важных параметров системы, таких как уровень наполнения, температура или давление, в коммуникационной сети

Существует множество других возможных применений в логистике и управлении цепями поставок. Например, можно избежать разрывов в цепочке поставок, если в контексте управления запасами автоматически отправлять поставщикам данные об уровне заполнения резервуаров и при необходимости формировать заказ. В принципе, это можно реализовать и с помощью других коммуникационных технологий. Однако при наличии кампусной сети 5G - как в случае с Phoenix Contact - имеет смысл использовать ее и для таких приложений.

Возможна и передача данных в обратном направлении: поставщик может отправить информацию о качестве текущей партии продукции на перерабатывающее предприятие перед поставкой, которое затем может использовать ее, например, для оптимизации процесса. Дополнительные возможности открываются при пересылке данных с целью отслеживания производственных процессов, что уже давно является обязательным условием в фармацевтической и пищевой промышленности. Кроме того, записанные данные о качестве промежуточных продуктов могут быть переданы в центр управления качеством без особых усилий с помощью беспроводной технологии.

Человек в очках дополненной реальности обслуживает производственную установку

Дополненная реальность помогает при техническом обслуживании

Более простой мониторинг с помощью беспилотников

Еще одним вариантом использования 5G может стать передача видеосигналов в рамках мониторинга безопасности протяженных или труднодоступных объектов, например, паровых крекинговых установок, нефтяных платформ или огромных танкерных складов. В будущем беспилотники, оснащенные тепловизионными камерами, такие как те, что уже используются на некоторых пожарных станциях в химических парках, смогут автономно летать над контролируемыми заводами и складами и передавать свои видеоданные для оценки в реальном времени. Таким образом, очаги возгорания обнаруживаются до возникновения пожара.

5G также откроет перед командами технического обслуживания возможности для оптимизации своей работы. Например, в контексте дополненной реальности с помощью очков или планшетов - обе эти технологии являются приложениями индустрии 4.0, которые уже давно рекламируются, а в некоторых случаях и реализуются. Сервисный персонал всегда может получить помощь в виде технических инструкций или коротких видеороликов на местах, воспользовавшись собственной кампусной сетью 5G. Даже массовая передача данных, осуществляемая целой командой мобильных работников и несколькими транспортерами AGV, больше не будет создавать узкие места.

Различные свойства Industrial 5G могут быть использованы в зависимости от требований

5G предлагает ценные услуги

С учетом всех этих возможных вариантов использования особенно важна одна особенность технологии 5G: в отличие от других стандартов мобильной связи, 5G представляет собой полноценную инфраструктуру связи. Она содержит ценные сервисы - например, возможность по-разному распределять ресурсы и приоритеты между устройствами. Мониторинг критических функций на производстве, безусловно, требует высокого уровня надежности передачи данных; приоритет должен быть установлен соответствующим образом. С другой стороны, данные для мониторинга состояния нескольких насосов в рамках профилактического обслуживания, как правило, не являются критичными по времени. Поэтому приоритет должен быть низким.

Требуемая скорость передачи данных также довольно низкая. Пример с аварийным душем показывает, что низкая скорость передачи данных не обязательно коррелирует с низким приоритетом. Станции первой помощи достаточно одного сигнала, чтобы понять, что использован аварийный душ. Но этот сигнал должен дойти до станции как можно быстрее. С другой стороны, высокая скорость передачи данных, необходимая для работы AGV, имеет более низкий приоритет. Если на информационной магистрали возникнет перегрузка, автомобили можно будет просто припарковать на ближайшей безопасной остановке.

Взгляд в будущее

Способность организовать сеть 5G таким образом, чтобы она покрывала потребности самых разных приложений в промышленной сфере, явно отличает 5G от всех других технологий передачи данных. В один прекрасный день она может стать единственным стандартом связи - по крайней мере, в крупных промышленных центрах. Конечно, до этого еще далеко. Сосуществование различных беспроводных и проводных технологий подключения, вероятно, еще долго будет характерно для большинства компаний перерабатывающей промышленности. А многие небольшие химические компании в будущем будут работать совсем без 5G. Однако уже через несколько лет 5G продемонстрирует свои преимущества во многих компаниях на примерах, описанных в сфере интралогистики с вовлечением AGV и беспилотников, а также в контексте мониторинга состояния и технического обслуживания.