Processindustrier och andra tillverkningsindustrier introducerar digital teknik för att ytterligare förbättra produktionseffektiviteten. Som en kärnteknologi blir trådlös kommunikation som ger anslutning vart den distribueras allt viktigare. Samtidigt måste trådlös kommunikation tillgodose behoven hos olika applikationer, vilket blir allt mer utmanande.
01 Översikt över 5G -kommunikationsfunktioner
Efter 3G och 4G/LTE är "5G" den femte generationen av mobila kommunikationssystem. Medan dessa generationer av system har utvecklats mer för personliga kommunikationstjänster, kan 5G också användas för Internet of Things (IoT) nätverksinfrastruktur, som kommer att ansluta alla enheter och objekt i vardagen, tillverkning och andra branscher.
Tre funktioner i 5G -kommunikation och deras praktiska tillämpningar.
● Förbättrad mobil bredband
5G är inriktad på att öka dataöverföringen av trådlös bredbandsöverdrag, som har förbättrats i tidigare generationer. Bredbandstjänster för smartphones och andra mobila enheter är ett utmärkt exempel på att dra nytta av den här funktionen.
● Ultra-pålitlig kommunikation med låg fördröjning
5G är utformad för att möjliggöra mycket tillförlitlig, låg latens och realtids trådlös kommunikation.
● Storskalig maskinkommunikation
Denna funktion innebär att många låg trafikterminaler är anslutna samtidigt.
02 Dedikerat spektrum i 5G
Med de flesta befintliga trådlösa kommunikationsteknologier kan detta olicensierade spektrum användas för en mängd olika scenarier med ett obegränsat antal användare. Det finns emellertid en risk för störningar mellan olika trådlösa system på samma frekvensband.
03 Drift Private Network (Local 5G)
Befintliga mobila kommunikationssystem är vanligtvis utformade för att tillhandahålla ett brett utbud av kommunikationstjänster i ett landsomfattande nätverk som är etablerat av en mobilnätverkare.
04 Internationell standardisering av 5G
I vissa länder förväntas företag och lokala myndigheter bygga och driva sina egna dedikerade 5G -nätverk. Efter att ha fått en licens kan lokala operatörer uteslutande använda dessa band inom sin region.
5G förväntas användas i den traditionella mobilkommunikationsbranschen och många andra branscher. Införandet av nya krav för industriella tillämpningar är en viktig faktor i en framgångsrik utveckling av standarder. Stora företag från tillverknings- och telekommunikationsindustrin deltar aktivt och undersöker tillämpningen av 5G -teknik inom tillverkningsindustrin.
05 Fem potentiella applikationer i processbranschen
Inom tillverkningssektorn varierar kommunikationskraven för olika fältapplikationer, och som nämnts tidigare förväntas 5G användas som en trådlös infrastruktur som kan införa en mängd trådlösa fabriksapplikationer. Dessutom utvecklas de applikationer som bäst utnyttjar 5G: s kommunikationsfunktioner för att underlätta digitala fjärrverksamheter inom tillverkningen.
1. Operationsstöd på plats för mobila enheter
Mobila enheter distribueras till fältet för att öka produktiviteten, och nuvarande nätverkstäckning och fältbandbredd begränsningar begränsar applikationsstöd via trådlös kommunikation. 5G möjliggör trådlös bredband med högre hastigheter och lägre latens i alla områden i fabriken.
Augmented Reality (AR) är ett av applikationsscenarierna för 5G förbättrad mobilt bredband. Även om AR kräver mycket data, kan den överskattar bilder med hög definition på målenheten och visar dem i realtid på arbetarens surfplatta eller bärbar terminalanordning, vilket ger en intuitiv lösning. Fältarbetare kan driva målutrustningen medan de hänvisar till de överlagrade arbetsförfarandena eller dela bilder i realtid med tekniker på avlägsna platser och få specifika rekommendationer. Det hjälper inte bara till att förbättra effektiviteten, tillförlitligheten och säkerheten i fältarbetet, utan kan också vidarebefordra färdigheter mer effektivt genom övning.
2. Fjärrövervakning med högupplösta bilder
5G har mer kapacitet än föregående generation av 4G/LTE, särskilt när det gäller upplänkskommunikation. Detta gör det möjligt att strömma video i 4K eller högre upplösning i realtid. I fabriker är en potentiell användning användning av trådlösa kameror för fjärrövervakning. När bildens tydlighet är tillräckligt hög för att skilja subtila förändringar i färgen på vätskesytan eller korrosion av röret, kan visuell inspektion utföras på distans. Högupplösta bilder kan också användas som input för AI-analys, som automatiskt kan upptäcka avvikelser som obehörig mänsklig intrång eller situationer som bränder.
3. Molnrobotar
När den arbetande befolkningen krymper förväntas mobila robotar säkerställa att fabriker fungerar säkert och pålitligt. Roboter rör sig autonomt över hela fabriken och tar platsen för arbetare för att patrullera farliga områden. Drönare kan utföra arbete med hög höjd, vilket kan vara farligt för arbetare. "Cloud Robotics" dyker upp som en lovande teknik. Eftersom kontrollfunktioner i molnet inte begränsas av robotens beräkningsprestanda, kan avancerade kontrollfunktioner distribueras.
Genom att använda sina höghastighets- och högkapacitetsegenskaper gör det möjligt för 5G att mobila robotar att trådlöst ansluta till kontrollfunktioner i molnet i realtid. Använd massiva datorresurser i molnet och bearbeta stora mängder sensordata i realtid. De extremt pålitliga och låg-latensfunktioner som erbjuds av 5G gör det möjligt att användas för nödkänslig kommunikation, som kan undvika händelser som kollisioner mellan robotar och mobilprocessutrustning.
4. Trådlöst/molnkontrollsystem
Befintlig trådlös teknik kan inte uppnå hög tillförlitlighet och låg latens samtidigt, men den kan uppnås med 5G. Detta gör 5G tillgängligt för uppdragskritiska applikationer. En möjlig applikation är att trådlös del av ett distribuerat styrsystem (DCS) för att minska kostnaden för installation och underhålla kommunikationskablar över ett brett anläggningsområde. Övervakningspunkter kan också läggas till och modifieras utan någon manipulation av kommunikationskablarna.
Dessutom, om 5G säkerställer mycket pålitlig, kan kommunikation med låg latens mellan fältenheter och moln, styrenheter och andra DCS-funktioner konfigureras i molnet samtidigt som man upprätthåller uppdragskritiska prestanda. Förutom externa molnsystem kan 5G också användas med multi-access computing (MEC), som kommer att bygga en låg-latens datorplattform i nätverket. När kontrollapplikationer implementeras på MEC -plattformen kan molnkontrolltjänster aktiveras att dra full nytta av den höga tillförlitligheten och låga latensen på 5G utan behov av internet eller andra nätverk.
5. Anslutna sensorer för digitala tvillingar
Den digitala tvillingen är den digitala förverkligandet av den faktiska fabriken i cyberspace och är grunden för den digitala omvandlingen av fabriksoperationer. Ansökningar är inte begränsade till statisk information om digital växtdesign. Digitala tvillingar återspeglar verkliga växtförhållanden i realtid, vilket möjliggör förutsägbart underhåll och optimerade operationer genom simulering och AI -analys.
För att mer exakt synkronisera tillståndet för fysiska och digitala tvillingar måste företagen exakt förstå tillståndet för utrustning, rörledningar och andra tillgångar samt väder och andra förhållanden. För att göra detta var fabriken tvungen att installera många sensorer. För att möta denna efterfrågan måste varje sensor vara trådlös, billig och kunna arbeta i flera år utan att behöva byta ut batteriet. 5G: s förmåga att ansluta flera enheter samtidigt är nyckeln till denna applikation.
Potentiella 5G -applikationsfall i fabriker inkluderar stöd för mobila enheter, fjärrövervakning, molnrobotik, trådlösa/molnkontrollsystem och förbättrad sensoranslutning för digital tvillingoptimering.
06 Status och utmaningar för industriella 5G -applikationer
Trots de många potentiella applikationsfallen i fabriken har 5G ännu inte implementerats i processbranschen. Industriella 5G -applikationer står fortfarande inför många utmaningar.
För att tillgodose behoven hos konsument- och industriella applikationer måste 5G stödja flera funktioner. 5G -standarden utvecklas på ett fasat sätt med olika prioriteringar. R16 och senare versioner av 5G -standarden inkluderar funktioner som kan användas för industriella applikationer. De förbättrar kommunikation med hög tillförlitlighet, låg latens och privata nätverk och stöder också interoperation med tidskänsliga nätverk (TSN), en viktig nätverksteknik inom automatisering.
Industrialsektorns kapacitet kommer att förbättras ytterligare i R18 och senare (5G-avancerade) standarder. Medan 5G erbjuder avancerade industriella kapaciteter som hög tillförlitlighet, låg latens och multipoint samtidig anslutning, behövs ytterligare utveckling av 5G -standarder, efterlevnadsprodukter och infrastruktur för att stödja dessa kapaciteter.
Proof-of-Concept-testkonfigurationer använder nya algoritmer och 5G för att lösa tuffa avancerade processkontrollutmaningar.
07 Proof of Concept of Remote Control Technology med 5G
Medan POC är ett lovande steg, behövs ytterligare testning för att utveckla ett tydligt kommersiellt värde för industriella 5G -lösningar. En möjlig lösning är att distribuera höghastighets trådlösa kommunikationskantanordningar i fabriker och använda molnbaserad autonom AI-teknik för att styra enheterna i realtid.
08 5 G och molnbaserad autonom kontroll AI
Kombinationen av FKDPP och moln med 5G, som erbjuder låg latens och förmågan att ansluta många enheter, förväntas bli kärntekniken för att uppnå industriell autonom kontroll.
Många branscher börjar överväga användningen av 5G trådlös kommunikationsteknik för att påskynda digital transformation. Hög tillförlitlighet, låg latens och förmågan att ansluta flera enheter samtidigt är avgörande för industriella applikationer. För att uppnå ett bredare utbud av applikationer är det nödvändigt att kontinuerligt förbättra 5G -standarden, tillhandahålla mer mogna efterlevnadsprodukter och infrastruktur och visa användare de unika fördelarna och värdet med 5G.