23.02.2024

5G-campusnät Exempel på industriella tillämpningar av trådlös bredbandskommunikation.

Förarlöst transportsystem i produktionshall

Sammanfattning

Låg latens, hög stabilitet och dataöverföringshastigheter: Det är några av de egenskaper som 5G övertygar med. Så kallade 5G-campusnät har stor potential för industriella tillämpningar. Stora kemiföretag och integrerade anläggningar utforskar dessa – och upptäcker bland annat hur 5G kan vara användbart i driften av förarlösa transportsystem samt i tankgårdar och i styrningen av leveranskedjan.

5G som drivkraft för digital omvandling

En blick bakåt: Sällan har fyra branschorganisationer varit så eniga som i frågan om 5G. I ett gemensamt pressmeddelande i november 2020 konstaterade VCI, VDA, VDMA och ZVEI att det finns en "hög efterfrågan på industriella 5G-campusnät". För den kemiska industrin talar Martin Schwibach, ansvarig för Industrial Connectivity & Industrial Mobility på BASF, om 5G-campusnät som en "viktig förutsättning för att driva den digitala omställningen inom den kemiska industrin framåt." Schwibach anses vara en av dem som driver på utvecklingen av ny teknik inom den kemiska industrin.

Det är ingen hemlighet att BASF, liksom andra kemiföretag, har arbetat med trådlös 5G-teknik under en längre tid. Redan 2018 visade en artikel i tyska tidningen Wirtschaftswoche att 5G-mobilkommunikation skulle kunna "vända upp och ner på logistikvärlden hos BASF ...". BASF:s chef Matthias Frankhänel visade hur en förarlös tankbil "känner sig fram" genom anläggningen i Ludwigshafen – den följer alltid transpondrar som är inbäddade i marken och övervakas noggrant av videokameror och en anställd i ett centralt kontrollrum. Frankhänel visste redan då: "Om vi använder 20 eller fler fordon i framtiden kommer vi bara att kunna hantera de datamängderna med 5G-teknik." Som ett resultat av detta inrättade BASF en testmiljö för 5G inom olika tillämpningsområden i produktionsmiljön.

Mobilnät under egen kontroll

Koncernen var inte ensam om detta. Fram till maj 2021 har 126 företag och organisationer lämnat in en ansökan till den tyska nätmyndigheten om frekvenstilldelning i intervallet 3700 till 3800 MHz för sina lokala 5G-nät – inklusive Phoenix Contact. Ett sådant campusnät – ofta i kombination med ett Edge Cloud – öppnar upp nya möjligheter för industriell kommunikation inom ramen för Industri 4.0. Till skillnad från tidigare mobiltelefonteknik kan företag helt kontrollera sådana nätverk i sina lokaler och därmed behålla suveräniteten över sina egna data och bestämma nätverkets säkerhet och tillgänglighet. Men de kan också låta offentliga operatörer eller andra leverantörer installera och driva näten, vilket också gör det möjligt för medelstora aktörer inom processindustrin att använda dem.

Förarlösa transportfordon (AGV, vilket står för Automated Guided Vehicles) förser BASF:s enorma anläggning med råmaterial. Det är ett spektakulärt, men långt ifrån det enda möjliga användningsområdet för 5G-mobilkommunikation inom processindustrin. Eftersom de förarlösa fordonen vanligtvis inte kör i explosionsfarliga områden är överföringen av de livevideor som krävs för övervakningen en av de första möjliga tillämpningarna på stora kemifabriker. För tillämpningar där explosionsskydd spelar en roll måste nuvarande skyddskoncept för industriell kommunikation först ses över och anpassas till de nya kraven för att förhindra antändningskällor.

Övervakning av ögonduschar kan öka säkerheten för anläggningens personal genom att omedelbart larma närmaste företagsläkarmottagning

Potentiella tillämpningar för 5G

Det är troligt att de tillämpningar av 5G som för närvarande diskuteras inom den kemiska industrin kommer att vara realiserbara från omkring 2025. Förutom driften av förarlösa transportfordon omfattar detta många tillämpningar inom produktionen, t.ex. big data-överföring för övervakning och optimering som är typiskt för Industri 4.0. Eller i säkerhetskritiska fall, t.ex. för att skicka information till räddningspersonal om att en nöddusch har aktiverats.

Vy över en tankanläggning med många tankar i olika storlekar

Med ett nivåövervakningssystem upptäcks avvikelser i viktiga systemparametrar som fyllnadsnivå, temperatur eller tryck tidigt i kommunikationsnätet

Det finns många andra möjliga tillämpningar inom logistik och supply chain management. Till exempel kan luckor i leveranskedjan undvikas om tankarnas nivå automatiskt skickas till leverantörerna i samband med lagerhanteringen och utlöser en beställning vid behov. I princip kan detta också realiseras med annan kommunikationsteknik. Men om det finns ett 5G-campusnät – vilket är fallet hos Phoenix Contact – är det vettigt att använda det till sådana tillämpningar.

En överföring i motsatt riktning är också möjlig: Leverantören kan skicka kvalitetsinformation om den aktuella produktbatchen till bearbetningsföretaget före leverans, som sedan kan använda den för till exempel processoptimering. Ytterligare alternativ uppstår vid vidarebefordran av data för spårbarhet av produktionsprocesser, vilket länge har varit ett måste inom läkemedels- och livsmedelsindustrin. Dessutom kan registrerade kvalitetsdata från mellanprodukter utan större problem överföras till QM-centret med hjälp av trådlös teknik.

Person med AR-glasögon servar en produktionsanläggning

Förstärkt verklighet som stöd vid underhållsarbetet

Enklare övervakning med drönare

Ett annat exempel på 5G skulle kunna vara överföring av videosignaler som en del av säkerhetsövervakningen av omfattande eller svåråtkomliga anläggningar – t.ex. ångkrackare, oljeplattformar eller större oljedepåer. I framtiden kommer drönare utrustade med värmekameror, som de som redan används av vissa brandstationer i kemifabriker, att kunna flyga autonomt över de anläggningar och lager som ska övervakas och vidarebefordra sina videodata för utvärdering i realtid. Hotspots upptäcks därmed innan en brand bryter ut.

5G kommer också att öppna möjligheter för underhållsteam att optimera sitt arbete. Till exempel i samband med förstärkt verklighet via dataglasögon eller surfplattor, som båda är Industri 4.0-tillämpningar som länge har funnits som idé och i vissa fall implementerats. Servicepersonal kan när som helst få tekniska instruktioner eller korta videor på plats i anläggningen via fabrikens eget 5G-campusnät. Enligt visionen skulle inte ens massiv datatrafik om ett helt team av mobila medarbetare plus några AGV-transportörer arbetar samtidigt längre leda till flaskhalsar.

Infografik om de olika funktionerna i 5G

De olika egenskaperna hos Industrial 5G kan användas efter behov

5G erbjuder värdefulla tjänster

Med tanke på alla dessa möjliga användningsområden är en egenskap hos 5G-tekniken särskilt viktig: Till skillnad från andra mobilkommunikationsstandarder är 5G en fullödig kommunikationsinfrastruktur. Den innehåller värdefulla tjänster – t.ex. möjligheten att tilldela resurser och prioriteringar till enheterna på olika sätt. Övervakning av kritiska funktioner i produktionsverksamheten kräver verkligen en hög nivå av tillförlitlighet i dataöverföringen; prioriteringen bör sättas därefter. Å andra sidan är data för statusövervakning av pumpar som en del av förebyggande underhåll i allmänhet inte tidskritiska. Prioriteten bör därför sättas lågt.

De datahastigheter som krävs är också ganska låga. Exemplet med nödduschen visar att en låg datahastighet inte nödvändigtvis korrelerar med en låg prioritet. Första hjälpen-stationen behöver bara en enda signal för att få reda på att nödduschen har använts. Men detta måste nå fram så snabbt som möjligt. De höga datahastigheter som krävs för driften av förarlösa transportfordon har däremot lägre prioritet. Om det blir riktigt trångt i datakanalen kan de helt enkelt parkeras vid närmaste säkra stoppställe.

En blick in i framtiden

Denna förmåga att samordna 5G-nätet så att det täcker behoven för en mängd olika tillämpningar inom industriföretag är en tydlig skillnad mellan 5G och alla andra överföringstekniker. En dag kan den bli den enda kommunikationsstandarden – åtminstone på de stora industrierna. Detta är visserligen långt borta i tiden. Samexistensen av olika trådlösa och trådbundna anslutningstekniker kommer förmodligen att fortsätta att prägla de flesta företag inom processindustrin under lång tid framöver. Och många mindre kemiföretag kommer att arbeta helt utan 5G i framtiden. Men inom bara några år kommer 5G att visa sina fördelar i många företag genom de tillämpningar som beskrivs inom intralogistik med integrering av AGV:er och drönare, samt genom tillämpningar i samband med statusövervakning och underhåll.