wersja mobilna
Online: 255 Niedziela, 2016.12.11

Raporty

Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle - Raport z rynku polskiego

środa, 21 kwietnia 2010 08:58

Branża technologii bezprzewodowych to obecnie najszybciej rozwijający się obszar rynku komunikacyjnego. Nie inaczej jest w przemyśle, gdzie sektor ten od kilku lat odnotowuje dwucyfrowe wzrosty wartości, cechując się również dużym potencjałem rozwojowym na przyszłość. Pod względem stosowanych technologii wyróżnić tutaj można dwie główne grupy rozwiązań – oparte o komunikację GSM oraz o transmisję radiową, najczęściej w ogólnodostępnym paśmie ISM. Szczególnie w przypadku tej ostatniej korzysta się z szeregu różnych rozwiązań, m.in. takich jak Wi-Fi, ZigBee czy komunikacji radiomodemowej, czego skutkiem jest duża liczba dostępnych na rynku przemysłowych urządzeń bezprzewodowych. Wszystko wskazuje również na to, że omawiane technologie będą w przemyśle szybko popularyzowały się również w latach kolejnych, coraz częściej zastępując połączenia kablowe, a także przyczyniając się do powstawania zupełnie nowych rodzajów aplikacji.

Spis treści » Komunikacja na duże odlagłości
» Nie tylko urządzenia samodzielne
» Pokaż wszystko

Punktem wyjścia do omówienia tytułowego rynku jest jego segmentacja pod względem wykorzystywanych technologii transmisji danych, co jest wprost związane z ich zastosowaniami aplikacyjnymi. Jedną z nich jest komunikacja z użyciem sieci komórkowych, gdzie użytkownicy korzystają z już istniejącej infrastruktury sieciowej. W tym przypadku transmisja odbywa się na duże odległości i najczęściej związana jest z przesyłaniem niedużych pakietów danych (np. telemetrycznych).

Z kolei dla komunikacji w paśmie ISM (Industrial, Scientific, Medical) wykorzystuje się najczęściej tworzoną samemu infrastrukturę sieciową, która pozwala na transmisję danych na niewielkie odległości. Służyć to może np. do odczytu wartości mierzonych przez czujniki, zdalnej kontroli urządzeń czy przesyłania danych w obrębie hali produkcyjnej. Wiele z wykorzystywanych tutaj technologii powstało i rozwinęło się na potrzeby rynku konsumenckiego, a ponieważ w ostatnich latach znacząco zmalały koszty ich wdrażania, przyczyniło się to również do popularyzacji tego typu rozwiązań w przemyśle. Zanim jednak szczegółowo zostaną one omówione, przyjrzyjmy się obszarom ich użycia i najpopularniejszym na naszym rynku aplikacjom.

GDZIE BEZPRZEWODOWO? WSZĘDZIE!

Rys. 1. Najpopularniejsze zastosowania omawianych w raporcie urządzeń bezprzewodowych (podano liczbę odpowiedzi respondentów wskazujących dane zastosowanie)

Liczba możliwych zastosowań sieci bezprzewodowych jest duża i w przypadku przemysłu oraz aplikacji profesjonalnych obejmuje m.in. szeroko rozumiany monitoring i telemetrię. Dotyczy to kontroli procesów, pracy urządzeń i różnych instalacji, ale też kontroli klimatu – np. temperatury przechowywania produktów. Drugim z ważnych zastosowań jest zdalny dostęp w celu odczytu ich parametrów urządzeń, co związane jest przede wszystkim z różnego rodzaju licznikami, w szczególności energii elektrycznej.

Transmisja danych może być dwukierunkowa, gdy zachodzi potrzeba sterowania urządzeniami, a także ich teleserwisu w przypadku niepoprawnej pracy. Ważnymi aplikacjami są też takie, jak w energetyce – np. monitoring podstacji energetycznych rozlokowanych na dużych odległościach poza miastami czy związane z innymi obiektami rozproszonymi – przykładowo rozległymi instalacjami w sektorze wodnokanalizacyjnym. Systemy bezprzewodowe, szczególnie typu GSM, stosowane są także w aplikacjach alarmowych i bezpieczeństwa – i to nie tylko w przemyśle, ale też budownictwie mieszkaniowym, ochronie obiektów komercyjnych, itp.

Rys. 2. Najpopularniejsze zastosowania omawianych w raporcie modułów M2M (podano liczbę odpowiedzi respondentów wskazujących dane zastosowanie)

Pozostają wreszcie zastosowania w logistyce – w szczególności związane z transportem, zarządzaniem flotą pojazdów oraz kolejnictwem, a także w handlu – bankomatach, kasach, punktach sprzedaży i podobnych. Naturalnie we wszystkich tych aplikacjach transmisja bezprzewodowa może być stosowana także tradycyjnie do dostępu do sieci typu Ethernet/Internet przez użytkowników indywidualnych.

Najpopularniejsze zastosowania omawianych w raporcie rozwiązań bezprzewodowych, na które wskazywali ankietowani przez redakcję przedstawiciele firm, przedstawiono na wykresie 1. Jak widać, monitoring, zdalne sterowanie i kontrola oraz aplikacje telemetryczne również w Polsce są głównymi czynnikami rozwoju omawianego rynku. Podobnie jest zresztą w przypadku zastosowań modułów M2M (machine-to-machine), co zobrazowano na wykresie 2. Warto w tym przypadku wyróżnić aplikacje w sektorze wodno-kanalizacyjnym i transporcie.

TRZY TECHNOLOGIE, WIELE ZASTOSOWAŃ

Rys. 3. Najszybciej rozwijające się technologie bezprzewodowe na rynku branżowym (procenty dotyczą liczby odpowiedzi udzielonych przez osoby ankietowane, nie są związane ze wzrostami na rynku)

Duża liczba zastosowań omawianych rozwiązań sprawia, że w aplikacjach przemysłowych i profesjonalnych korzysta się z bardzo wielu różnych standardów komunikacji bezprzewodowych. Różnią się one pomiędzy sobą parametrami i odległością transmisji, przepustowością, a także kosztami wdrożenia. Stosowane urządzenia można zgrubnie sklasyfikować w trzech grupach – są nimi rozwiązania do transmisji na krótkie i średnie odległości, gdzie korzysta się najczęściej z pasma ISM, oraz rozwiązania pozwalające na komunikację na odległości duże, gdzie typowo korzysta się z sieci komórkowych.

Prawdopodobnie najbardziej różnorodną grupę tworzą technologie wykorzystujące pasmo ISM, a więc służące do transmisji na niewielkie dystanse. Zaliczyć do nich można standardy takie, jak Wi-Fi, ZigBee czy Bluetooth, które charakteryzują się różnymi prędkościami i odległościami przesyłu danych. Omawiane pasmo ISM nie podlega licencjonowaniu, jednak wymogiem korzystania z niego jest prawne ograniczenie mocy nadajników, dzięki czemu wiele urządzeń może pracować jednocześnie w różnych sieciach, pomimo że są one zlokalizowane w bliskiej odległości.

W omawianej grupie szczególne miejsce zajmuje IEEE802.11, czyli Wi-Fi. Obecnie produkty te praktycznie zdominowały rynek konsumencki i profesjonalny, jeżeli chodzi o bezprzewodową transmisję danych w lokalnych sieciach informatycznych. Ich główną zaletą jest duża przepustowość – obecnie najpopularniejszy rodzaj standardu, 802.11g, pozwala na transmisję do 54Mb/s (o rozwoju standardu Wi-fi piszemy w pierwszej edycji raportu – patrz koniec bieżącego artykułu).

Damian Balcerowski

Navi-Tec

  • W jakich aplikacjach wykorzystywane są moduły GSM?

Moduły tego typu to rozwiązania wielobranżowe, znajdujące zastosowanie praktyczne w każdej dziedzinie gospodarki. Używane są one głównie w rozproszonych systemach monitoringu obiektów i w układach pomiarowych. Obecnie prowadzone są prace nad możliwością zastosowania rozwiązań takich jak produkowane przez Navi-Tec w branży energetycznej i w systemach kontroli stanu technicznego dźwigów osobowych.

Odrębną dziedziną, do której dostarczamy nasze produkty, jest kontrola i monitoring pozycji samochodów. Tutaj głównym odbiorcą są właściciele flot pojazdów – np. chłodni, którzy dzięki zastosowaniu modułów GSM mają możliwość kontroli temperatury w chłodni, podnosząc w ten sposób jakość świadczonych usług i minimalizując straty związane z rozmrożeniem ładunku. Moduły te pozwalają im także na kontrolę miejsca, w jakim znajduje się pojazd.

  • Jakie są przykładowe Państwa produkty? Jakie inne technologie bezprzewodowe są stosowane?

W odpowiedzi na potrzeby obecnego rynku firma Navi-Tec opracowała serię modułów GSM/GPRS pod handlową nazwą MG. Właśnie te rozwiązania ze względu na swoją uniwersalność cieszą się największym zainteresowaniem klientów. Obecna sytuacja rynkowa wymusza stosowanie rozwiązań tanich. Do tej grupy zalicza się komunikacja GSM, której dodatkowym atutem jest praktycznie nieograniczony zasięg, regulowany jedynie zasięgiem istniejących operatorów.

Drugą grupą są urządzenia ISM, stosowane w dużej mierze wewnątrz hal produkcyjnych ze względu na niewielkie odległości pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Prymat w tej grupie wiedzie komunikacja Wi-Fi zamiennie z ZigBee. W przypadku niektórych rozwiązań – np. czujników i kalibratorów – stosowana jest łączność Bluetooth. Wymaga ona jednak niewielkiej odległości pomiędzy urządzeniami.

  • Na co klienci zwracają i na co powinni zwracać uwagę przy zakupie modułów bezprzewodowych?

Obecnie klienci patrzą głównie na cenę rozwiązań, gdyż ona kształtuje rynek i weryfikuje założenia oraz plany potencjalnych odbiorców. Klient szukający rozwiązania GSM powinien zwrócić szczególną uwagę na uniwersalność rozwiązania i łatwość dostosowanie go do własnych potrzeb. Najlepszym rozwiązaniem są w pełni programowalne moduły – np. firmy Navi-Tec.

Tabela 1. Oferta krajowych dostawców urządzeń i modułów GSM oraz ich przykładowe produkty

Na rynku dostępne są też urządzenia zgodne ze standardem 802.11n, który wykorzystuje pasmo 2,4GHz i 5GHz oraz pozwala na transmisję z szybkością do 600Mb/s (choć w praktyce nie przekracza ona obecnie 200Mb/s). Należy jednak przyjąć, że najbardziej powszechny i typowy na rynku, w tym w przemyśle, jest standard w wersji „g”. Umożliwia on komunikację do około 150 metrów na terenie otwartym i do 40 w pomieszczeniach (wersja 802.11n powiększa te wartości o około 70%).

W 2008 roku ukończono też prace na standardem IEEE802.11y, w przypadku którego zwiększona ma być znacznie odległość (do 5km w otwartej przestrzeni z przepustowością do 54Mb/s). W praktyce w zakładach przemysłowych komunikacja bezprzewodowa na poziomie kilku megabitów na sekundę jest wystarczająca, a urządzenia pozwalające na tego typu przesył danych ma w ofercie wielu dostawców na rynku (patrz tabela 2).

Tabela 1cd. Oferta krajowych dostawców urządzeń i modułów GSM oraz ich przykładowe produkty

W większości pozwalające one na transmisję z prędkością do 54Mb/s (ceny od kilkuset do około tysiąca złotych), choć zdarzyły się też pojedyncze produkty pracujące w standardzie 802.11n (średnie ceny to 2-4 tys. zł). W odróżnieniu od standardowych wersji konsumenckich, przemysłowe urządzenia Wi-fi produkowane są zazwyczaj z uwzględnieniem innych wymogów środowiskowych co do temperatury pracy, stopnia ochrony, zasilania, itp. Wykorzystywane są w nich też często także rozwiązania (np. redundancja kanałów transmisyjnych) mające na celu zapewnienie odpowiedniej jakości transmisji w przypadku pracy w środowisku, gdzie występują zaburzenia elektrostatyczne i różne czynniki zakłócające.

NIE TYLKO WI-FI

Rys. 4. Najważniejsze dla polskich klientów cechy przemysłowych urządzeń bezprzewodowych

Komunikacja w paśmie ISM (czyli m.in. 2,4GHz) to nie tylko Wi-Fi. Szczególnie duży obszar zastosowań w przemyśle należy do techniki czujnikowej, gdzie poszczególne elementy sieci komunikują się ze sobą z wykorzystaniem transmisji bezprzewodowej. Przykładem takiej sieci jest ZigBee, która jest siecią typu mesh (kratową).

Idea przyświecająca jej twórcom związana była z zapewnieniem komunikacji między różnymi przyrządami pomiarowymi czy monitorującymi. W szczególności specyfikacja obejmuje rozwiązania o niewielkim poborze energii, gdzie nie są transmitowane duże ilości danych, a raczej zachodzi potrzeba okresowej transmisji niewielkich pakietów informacji i długotrwałej pracy urządzeń zasilanych bateryjnie.

Rys. 5. Zestawienie parametrów różnych technologii komunikacyjnych

Do komunikacji ZigBee wykorzystywane jest m.in. pasmo 2,4 GHz, a prędkość transmisji wynosić może w tym przypadku do 250kb/s. W odróżnieniu od popularnych zastosowań Wi-fi nie jest wymagany centralny punkt dostępowy, gdyż ZigBee może pracować we wspomnianej topologii kratowej (jak również topologiach z punktem centralnym). Sieć ta jest jednocześnie jednym z najszybciej rozwijających się w przemyśle standardów bezprzewodowych.

Na rynku dostępne są też bramy pozwalające na łączenie przewodowych sieci przemysłowych z urządzeniami ZigBee, co umożliwia łatwe wykorzystanie komunikacji bezprzewodowej jako element już istniejącej sieci kablowej. Więcej informacji na temat ZigBee, a także innych rodzajów standardów, takich jak Bluetooth, Wibree i DECT, znaleźć można w artykule „W świecie M2M” publikowanym w bieżącym numerze APA. Warto w tym miejscu dodać, że istnieją też technologie dedykowane dla przemysłu, które rozwijane są przez niektórych dostawców na rynku. Wśród nich wymienić można:

  • Rys. 6. Najpopularniejsze marki modułów i urządzeń GSM (najpopularniejsze zdaniem dostawców produkty na rynku) – zestawienie nie odzwierciedla wielkości sprzedaży lub udziału wymienionych fi rm w rynku, lecz jest informacją o popularności danych produktów w kraju na bazie zestawienie odpowiedzi ankietowych

    SmartWireless – autorskie rozwiązanie firmy Emerson Process Management, które pozwala na komunikację w pasmach 900MHz oraz 2,4GHz. Jest to sieć samoorganizująca się o dużej skalowalności (do 100 tys. urządzeń) i długim czasie pracy z wykorzystaniem jednej baterii (liczonym w latach). Firma oferuje m.in. bezprzewodowe przetworniki pomiarowe Rosemount z komunikacją SmartWireless.
  • WirelessHART – standard opracowany przez HART Communication Foundation jako siódma wersja protokołu HART. Bazuje on na IEEE 802.15.4, wykorzystując do komunikacji pasmo częstotliwości 2,4GHz. Stosowanie ciągłej zmiany kanałów (channel hopping) oraz stałych przedziałów czasowych do komunikacji ma zapewnić bezpieczną i niezawodną wymianę danych.
  • OneWireless – autorskie rozwiązanie firmy Honeywell. Jest to wielofunkcyjna, wielozadaniowa sieć bezprzewodowa typu kratowego umożliwiająca stosowanie urządzeń bezprzewodowych w warunkach przemysłowych. Obsługuje kilka rodzin przetworników bezprzewodowych firmy i może być bazą do stosowania urządzeń pracujących w standardzie 802.11.

Ofertę dostawców przemysłowych urządzeń komunikacyjnych ISM przedstawiono w tabeli 3. Są to w większości urządzenia typu ZigBee oraz Bluetooth, a także jeden produkt SmartWireless.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

2016-12-09   | Endress+Hauser Polska Sp. z o.o.
Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

Endress+Hauser informuje o wprowadzeniu do oferty nowego typu czujnika przewodności o oznaczeniu Memosens CLS82D, zaprojektowanego do aplikacji o wysokich standardach higienicznych, m.in. biotechnologii, farmacji i produkcji żywności. Jest to czujnik 4-elektrodowy charakteryzujący się zakresem pomiarowym od 1 µS/cm do 500 mS/cm i zakresem dopuszczalnych temperatur pracy od -5 do +120°C.
czytaj więcej

Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

2016-12-09   | RS Components Sp. z o.o.
Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

RS Components został wyłącznym dostawcą bramy IoT firmy Siemens - Simatic IOT2020. Została ona zaprojektowana do ciągłej pracy w środowisku przemysłowym i może być używana do pobierania, przetwarzania, analizowania oraz przesyłania danych do urządzeń i sieci praktycznie każdego typu.
czytaj więcej

Nowy numer APA