Trådløse nettverk blir stadig vanligere i industrielle miljøer, der de tradisjonelle kablene erstattes av datakommunikasjon gjennom radiobølger. Her gir vi deg rådene du trenger for å etablere robuste industrielle trådløse nettverk i din fabrikk.
Feltbuss-protokoller var lenge det mest brukte i industrien. De seneste årene har imidlertid ethernet-baserte protokoller hatt en stor vekst, og ifølge en undersøkelse av HMS Industrial Networks gikk Ethernet forbi feltbussene i 2018 med en markedsandel på 52 prosent.
Men det er trådløs teknologi som øker mest innen industriell kommunikasjon. I 2018 økte trådløs teknologi med 32 prosent og stod for seks prosent av hele det industrielle nettverksmarkedet.
Trådløs kommunikasjon i krevende applikasjoner er ikke noe nytt. Trådløs teknologi har allerede blitt brukt i over 30 år gjennom bruken av proprietære radioer. Men med moderniseringen av industrielle nettverk med krav til nye løsninger for tilkobling og kontroll, inkludert tablets og smarttelefoner, fremveksten av ulike Ethernet-protokoller og IIoT, har behovet for standardiserte trådløse teknologier økt.
Les også: Industrielle trådløse nettverk: Hva er det og hvorfor er det viktig?
Nettverket er selve nervesystemet i virksomheten, det skal sørge for at data bringes til og fra mellom mennesker og maskiner. Produksjonsnettverket (OT-nettverket) må designes ut fra beste praksis, med moderne og standard nettverksutstyr, segmentering og implementering av datasikkerhet.
Konsekvensen er begrenset om en IT-prosess stopper opp. Man trykker gjerne på «refresh» og så er man oppe og går igjen. Men for maskin-til-maskin kommunikasjon, kan selv et kort brudd i kommunikasjonen føre til at utstyret og prosessen slutter å fungere.
Førerløse kjøretøy (eller Automated Guided Vehicles, AGV) er et godt eksempel. Flere AGV-applikasjoner må overføre I/O-signaler fra hvert enkelt kjøretøy. I/O-trafikk krever ikke mye båndbredde, men er helt avhengig av uforstyrret kommunikasjon. Selv et kort avbrudd kan føre til feil i I/O-systemet og stoppe det førerløse kjøretøyet.
Dette utløser krav om at det alltid må være trådløs dekning der hvor AGV ferdes. For å oppnå trådløs dekning i alle områder hvor AGV ferdes må man ofte benytte flere aksesspunkt som overlapper hverandre til en viss grad. Ettersom AGV beveger seg rundt i f. eks et fabrikklokale vil den få et stadig svakere signal fra aksesspunktet den er tilkoblet og er på vei vekk fra, og et tilsvarende stadig sterkere signal fra nytt aksesspunktet som den er på vei mot.
Industrielle WiFi-radioer har en innebygget mekanisme som forteller WiFi-klienten på AGV når den skal koble seg ned fra aksesspunktet den allerede er tilkoblet (det svakere signalet) og koble opp mot nytt aksesspunkt (det sterkere signalet). Denne mekanismen kalles roaming. Industrielle WiFi-radioer støtter ultrarask roaming på under 10 ms.
Mennesker, utstyr, maskiner, metallstrukturer, bygninger og andre trådløse radioer i samme frekvensbånd kan blokkere radioveier, reflektere, absorbere eller spre radiosignaler slik at radiosignalene tar ulike veier (Multipath) og dermed ikke ankommer radiomottageren samtidig. Dette kan føre til dårlig signalkvalitet og til og med brudd i kommunikasjonen.
Industrielle radioer er laget for krevende miljøer og har blant annet støtte for SIMO (Single Input/Multiple Output) og MIMO (Multiple Input/Multiple Output). SIMO/ MIMO kan vanligvis kompensere for spredning av radiosignaler.
Les også: Produksjonsnettverket: Nervesystemet i en moderne produksjon
Stadig flere produksjonsbedrifter benytter trådløs teknologi slik som WiFi, Bluetooth, IEEE 802.15.4 (ZigBee, WirelesHART, ISA SP-100) og 4G. De ulike trådløse teknologiene har ulike egenskaper som må tas i betraktning ved valg av løsning.
En metode som overfører radiosignaler ved å skifte bærer blant flere ulike frekvenskanaler i et vilkårlig mønster. For eksempel sendes en datapakke på én frekvens, mens den neste datapakken sendes på en annen frekvens, og slik hopper det i et vilkårlig mønster mellom 32 ulike frekvenser. Denne teknologien er godt egnet i miljøer med krevende forhold, for eksempel med mye metallnetting, skilt, kraftige elektromagnetiske felt eller lignende. Teknologien har imidlertid redusert ytelse sammenlignet med rent WLAN.
WPAN teknologi som Bluetooth, brukes ofte for maskin/menneske-grensesnitt (HMI), programstyring, vedlikehold og service og kontrolloppgaver i sanntid. Bluetooth-teknologi er passende for automasjonsutstyr i serielle, feltbuss- og Ethernet-nettverk, og spesielt anvendelig for utstyr og enheter med høye krav til redusert fotavtrykk, lavt energiforbruk og kostnadseffektivitet. Bluetooth har lav forsinkelse og gir robust kommunikasjon.
Mest kjent som WiFi og den mest brukte trådløse standarden. Den brukes ofte for produksjonsplanlegging og datainnsamling samt applikasjoner der rask roaming kreves. WLAN tilbyr høy datagjennomstrømming, men er mer sårbart for interferens og forstyrrelser enn Bluetooth.
4G og snart 5G egner seg godt for kommunikasjon over store avstander. Det er fullt mulig å få to-veis digital kommunikasjon mellom en laptop plassert i et land og en maskin plassert i et annet land eller til og med plassert i et annet kontinent. 4G og 5G egner seg også for mobile applikasjoner, slik som flåtestyring (lastebiler, varebiler) samt for andre applikasjoner hvor det er svært krevende å få til kommunikasjon via WLAN. Overvåking og styring av vannpumper og damluker er eksempel på applikasjon hvor 4G/5G kan være egnet. 4G og 5G benytter IP protokoll og støtter kryptert kommunikasjon via ulike VPN løsninger.
Hvilken teknologi som bør velges kan variere fra virksomhet til virksomhet, og dekningsanalyser og et godt design er avgjørende for at valget blir optimalt. En dyktig samarbeidspartner med kompetanse om industrielle nettverk, kan hjelpe deg med det.
Trådløse industrielle nettverk stiller helt andre krav til utstyr og infrastruktur enn nettverk på IT-siden av virksomheten gjør. Forholdene er langt mer ekstreme og utstyret må ha industrielle spesifikasjoner og ta hensyn til miljøet det plasseres i. Når det gjelder utstyr er det flere ting du bør tenke på, uavhengig av hvilken trådløs teknologi du velger. Blant annet:
Ofte brukes flere trådløse teknologier i parallell, noe som potensielt kan skape forstyrrelser. Slike forstyrrelser kan resultere i forsinkelser i dataoverføring eller i noen tilfeller tap av data. I spesielt virksomhetskritiske industrielle applikasjoner er dette konsekvenser som ikke kan aksepteres, noe som gjør det viktig å optimalisere samspillet mellom de ulike trådløse teknologiene.
802.11n kan benytte både 2.4GHz og 5GHz frekvensbånd. Vær varsom dersom du benytter 802.11n i 2.4GHz båndet, særlig dersom 802.11n settes opp med 40MHz signal båndbredde for økt ytelse. Da er du bortimot garantert forstyrrelser fra nærliggende radionett som opererer i 2.4GHz båndet. Det kan av den grunn være bedre å benytte 5GHz båndet for 802.11n.
802.11a/h/n/ac benytter 5GHz frekvensbåndet med totalt 24 kanaler i Norge og EU.
5 av disse kanalene er begrenset til kommunikasjon over korte avstander (Short Range Devices, SRD) med sendestyrke begrenset til 25 mW. Samtlige kanaler i 5GHz båndet er ikke overlappende og gir større sannsynlighet for å unngå forstyrrelser fra nærliggende radionett i 5GHz båndet. Nedsiden ved å benytte 5GHz er at man får kortere rekkevidde enn med 2.4GHz.
Dersom AHF oppdager interferens i en eller flere kanaler, blir berørte kanaler automatisk svartelistet. Med tanke på at forstyrrelsen kan være av midlertidig art vil AHF etter en gitt tid forsøke å benytte de svartelistede kanalene på nytt. Dersom det ikke lenger er forstyrrelser på kanalen så vil den bli tatt i bruk igjen.
Trådløs teknologi er ikke en billig erstatning til tradisjonell kabling. Det er heller et alternativ når det er uhensiktsmessig med kabling, for eksempel ved bruk av førerløse trucker (AGV), eller for å øke mobiliteten på fabrikkgulvet, for eksempel ved å gi produksjonsmedarbeidere tilgang til produksjonsdata på mobile enheter.
Og det hele begynner med en god nettverksstrategi. Det kan du lese mer om i e-boken «Minimer sårbarheten og maksimer produksjonen med en solid nettverksstrategi». Den forklarer hvorfor norske produksjonsbedrifter trenger en gjennomarbeidet nettverksstrategi, og hvordan du går frem for å utarbeide den. Last den ned gratis ved å klikke på linken nedenfor.