Беспроводные технологии в промышленности: на пути к Индустрии 4.0

Умные заводы начинаются с данных

Проводные сети еще долго будут иметь критически важное значение при реализации различных процессов в зонах опасного производства, а также там, где есть высокое электромагнитное излучение, постоянные вибрации, воздействие высоких/низких температур и где важны минимальные задержки в каналах связи. При этом, производственные компании предъявляют все больше требований к гибкости и скорости развертывания инфраструктуры, растет число коммуникаций, беспроводных сенсоров и датчиков. В связи с этим беспроводные технологии начинают играть все большую роль в промышленности.

«Значительно ощутима смена тренда – если еще несколько лет назад проводные технологии рассматривались как основополагающие на рынке промышленного IoT, то по мере развития цифровых технологий и становления Индустрии 4.0 возникла тенденция к более активному использованию беспроводных технологий и подключению различных датчиков. Использование беспроводных решений возрастает в связи с тем, что активное внедрение цифровых технологий требует сбора данных с тех мест, где невозможно проложить провод, поскольку коммуникации будут мешать производству или инфраструктура сети будет постоянно меняться», объяснил Павел Филатов, менеджер ИТ-компании КРОК по работе с сетевыми решениями в промышленности

Анализируя различные данные, промышленные предприятия могут отслеживать устойчивые тенденции в своих производственных процессах и видеть их взаимосвязи. Полученные выводы помогут компаниям принимать взвешенные управленческие решения, направленные на сокращение стоимости и времени производства, а также снижение количества инцидентов. Например, если на производстве случились неполадки с дорогостоящим оборудованием, то на основе больших данных с помощью современных программно-аппаратных комплексов возможно определить при каких условиях оно использовалось и на каких участках сети произошли сбои.

Промышленность отрывается от проводов, чтобы стать безопаснее

Многие добывающие компании имеют довольно сложный ландшафт, и зачастую использование проводных технологий в таких условиях имеет серьезные ограничения. Например, рассмотрим деятельность горнодобывающей компании. Чтобы существенно упростить процесс добычи и повысить уровень безопасности своих сотрудников, компания обращается к современным сервисам, работающим на базе беспроводных технологий. Их использование обеспечивает безопасность непосредственно в шахтах, поскольку сводит участие людей в производственных процессах к минимуму. А там, где без участия человека не обойтись, ИТ-системы помогают эффективнее контролировать работу сотрудников (3D-позиционирование, датчики измерения уровня газа, датчики предотвращения столкновений с техникой, оперативная радио связь с работниками). К примеру, подобные задачи помогает решать «умная каска» и система «цифровой рабочий», разработанные в КРОК. Устройство представляет собой IoT-модуль, позволяющий наделить обычную защитную каску интеллектуальными функциями. Устройство помогает контролировать ношение как самой каски, так и других средств индивидуальной защиты, оснащенных специальными маячками, которые позволяют определить местоположение персонала, утечки газа, напряженность электромагнитного поля и другие параметры внешней среды.

«В результате использования средств автоматизации, основанных на беспроводных технологиях, сокращаются сроки добычи и повышается уровень безопасности на производстве. Соответственно, достигается сокращение накладных и производственных расходов», рассказал Павел Филатов

Автоматизация обеспечивает максимальный контроль производства

В карьерах средства автоматизации особенно часто используются с целью сокращения несчастных случаев на производстве и снижения простоев дорогостоящей техники, отмечают эксперты. Например, при неоптимальном распределении самосвалов по маршруту на карьере, время добычи будет увеличиваться. Соответственно, чтобы максимально загрузить технику и сократить количество ее простоев, внедряются системы позиционирования и оптимизации маршрутов движения карьерной техники. Используя данные решения возможно значительно повысить эффективность загрузки горного оборудования, увеличить контроль безопасности движения на карьере, следить за техническим состоянием (давление в шинах, температура масла, моточасы, ошибки в силовых установках) карьерной техники, соблюдать своевременное прохождение ТО, отслеживать состояние усталости водителей и т.д.

«Благодаря такому тотальному контролю сводится к минимуму количество аварийных ситуаций. Например, с помощью системы геотехнического и гидрогеологического мониторинга, состоящей из различных сенсоров, лазеров, радаров и видеокамер, можно собрать в единую сеть и на основе этих данных построить 3D-модель карьера. Наличие такой модели позволит осуществлять мониторинг состояния горного массива в реальном времени, прогнозировать обрушения породы, вызванные горными работами или геологическими факторами», рассказал Павел Филатов

Примеры внедрения беспроводных технологий в российской промышленности

Кейс 1. В нефтехимической компании задействована дорогостоящая американская техника, которая требует специального обслуживания с привлечением довольно редких и дорогостоящих специалистов. На определенном этапе, в связи с санкциями, американские специалисты не смогли приехать на производство и провести регламентные работы. Предприятие осознало, что для подготовки собственных специалистов нужны значительные ресурсы. Более того, нет никаких гарантий того, что готовых специалистов не переманят конкуренты. Чтобы снять эту проблему, решено было установить специальные микрофоны: через радиоэфир они «слушают» работу силовых установок, определяя, в каком состоянии находятся узлы и когда их лучше останавливать для обслуживания. Обнаруженные программой проблемы маркируются и направляются вендору для экспертизы. Таким образом исключается необходимость постоянного мониторинга оборудования и присутствия специалистов на местах. Передача данных осуществляется с помощью беспроводного решения Cisco Ultra-Reliable Wireless Backhaul. В результате заказчик может эффективно отслеживать работу оборудования. Переход на новые технологии позволит избежать зависимости от редких специалистов и сократить фонд оплаты труда.

«Беспроводное оборудование Cisco поддерживает все основные промышленные протоколы, у него высокие показатели отказоустойчивости. Это оборудование может работать в агрессивных средах, зонах повышенных и пониженных температур, в условиях высокой влажности», подчеркнул Павел Жокин, руководитель Центрального региона по развитию каналов продаж IoT компании Cisco

Кейс 2. На одном из металлургических предприятий внедрена система мониторинга движения металлолома. Особенность решения в том, что информация передается с камер, установленных на рельсовых кранах, которые грузят металлолом. Камеры (их по пять на каждом объекте) передают непрерывно видеопоток благодаря решению Cisco URWBH. По сути, компания-заказчик получила систему видеоаналитики, которая может распознавать номера автомобилей, привозящих металлолом, а также номера вагонов, в которые нагружают металл. Камеры оценивают заполняемость фур, железнодорожных составов при въезде и выезде. После разгрузки металлолома с железнодорожных вагонов и фур камеры считывают номера каждого вагона и гос. номера фур, определяют уровень загрузки (на въезде в цех), состояние составов и фур после выгрузки металлолома (заехала полная, выехала пустая, а не на половину пустая). Таким образом исключаются ситуации хищения металлолома и халатности персонала (например, загрузка земли вместо металлолома).

Обзор беспроводных технологий

Каждая из представленных на рынке беспроводных технологий имеет свои особенности. Выбор того или иного решения зависит от задач, стоящих перед предприятием.

Wi-Fi – одна из доступных и универсальных технологий. С ее помощью можно быстро передавать большие объемы данных, но при этом весьма ограничен радиус покрытия. Как правило, Wi-Fi не подходит в тех случаях, когда необходимо обеспечить связь с мобильного движущегося объекта, когда необходимо работать со сложными приложениями и когда задержки с передачей данных будут иметь критичное значение для заказчика. Цифровизация ТЭК: тренды, перспективы, крупнейшие ИТ-поставщики. Обзор TAdviser 15.3 т

Если компании принципиально важно свести к минимуму потерю пакетов данных, то лучше использовать технологию MESH, которая обеспечивает задержку не более 5 мс. Создание инфраструктуры MESH сложнее и дороже, чем в случае с Wi-Fi, но у сетей на базе MESH более высокая дальность действия (1-2 км, тогда как у Wi-Fi всего 300-500 м). MESH поддерживает высокую скорость передачи данных– до 200 Мбит/с, это намного больше, чем у private LTE (pLTE).

Многие компании выбирают pLTE, но нельзя забывать, что для развертывания таких сетей нужны выделенные частоты, требуется дорогая инфраструктура (как с точки зрения стоимости оборудования, так и с точки зрения стоимости владения сетью). В любом случае, pLTE не подходит, когда объемы передаваемых данных значительно возрастают на инфраструктуре.

Особняком стоит технология LoRaWan. Она отвечает за сбор данных с широкого спектра датчиков. Например, это нужно для регулярной проверки уровня влажности, освещенности, состояния дверей (открытие/закрытие) и т.д. Также с помощью LoRaWan собираются статистические данные об оборудовании в виде последовательности всех возможных показателей (моточасы, количество топлива в баке дизель-генератора и т.д.). Одна базовая станция здесь может стоить в десятки раз дешевле, чем в случае с pLTE. Но пропускная способность LoRaWan совсем невелика – всего 10-50 Кбит/с, то есть эта технология рассчитана на передачу небольшого объема данных.

«При всем многообразии беспроводных технологий, важно понимать, что среди них не может быть каких-то универсальных решений, которые будут идеально закрывать типовые задачи промышленных предприятий. Выбор оптимальной технологии в каждом конкретном случае – это всегда сложный и нелинейный процесс, который опирается на специфику деятельности заказчика, особенности ИТ-инфраструктуры, производственного процесса, условий эксплуатации, а также бюджетные рамки, сроки внедрения решения и множество других факторов», пояснил Павел Филатов

Базовые характеристики ряда беспроводных технологий и основной функционал, который они позволяют реализовать, представлены в таблице.