Komputery przemysłowe

Nowości i kluczowe trendy

W drugiej części przedstawiamy opisy czterech nowości i zmian technologicznych, na które zwracali szczególną uwagę respondenci redakcyjnej ankiety. Co ciekawe – dotyczą one nie tylko kwestii dotyczących procesorów, ale o wiele szerszego zakresu powiązanych z komputerami aspektów, w tym w szczególności Internetu Rzeczy.

Wśród nowinek technicznych wymieniane były między innymi nowe komponenty poprawiające wydajność IPC, w tym procesory AMD Ryzen, wydajniejsze karty graficzne i nowe dyski SSD. Ankietowani zwracali także uwagę na energooszczędność nowych konstrukcji oraz rosnącą liczbę obsługiwanych peryferii.

Nowości technologiczne – LoRaWAN

Respondenci wskazywali też często na technologię LoRaWAN. LoRa (Long Range) to protokół sieci rozległej małej mocy (LPWAN) opracowany przez Semtech. Opiera się on na technikach modulacji widma rozproszonego i został opracowany przez firmę Cycleo z Grenoble we Francji, przejętą następnie przez Semtech, członka-założyciela LoRa Alliance.

LoRa wykorzystuje wolne od licencji pasma częstotliwości radiowych, w Europie 433 MHz i 868 MHz. Szybkość transmisji danych w systemie LoRa wynosi między 0,3 kb/s a 37,5 kb/s, co wynika z konieczności minimalizacji zużycia energii. Urządzenia, zazwyczaj czujniki, pracujące w LoRa cechuje długi czas pracy na jednej baterii, często wspomaganych niewielkimi ogniwami fotowoltaicznymi. Technologia LoRa nie jest zatem odpowiednia dla usług czasu rzeczywistego, ale w wielu przypadkach może znaleźć zastosowanie. Warto wspomnieć o kolejnej ważnej zalecie – korzystanie ze standardu LoRa nie wiąże się z opłatami licencyjnych za wykorzystywane częstotliwości.

Rys. 6 Konkurencja na polskim rynku

Rys. 7 Czy IPC sprzedają się samodzielnie, czy raczej jako większe kompletacje

Architektura sieci LoRaWAN jest wdrażana w topologii gwiazdy, w której bramy przekazują komunikaty między urządzeniami końcowymi a centralnym serwerem sieciowym. Bramy połączone są z serwerem sieciowym za pomocą standardowych połączeń IP i działają jak przezroczysty most, po prostu konwertując pakiety RF na pakiety IP i odwrotnie. Komunikacja bezprzewodowa wykorzystuje charakterystykę Long Range warstwy fizycznej, umożliwiając połączenie między urządzeniem końcowym, a jedną lub wieloma bramami. Wszystkie tryby zapewniają komunikację dwukierunkową. Podczas gdy 5G został zaprojektowany do zapewnienia większych prędkości i transmisji, urządzenia LoRa i protokół LoRaWAN służą do wykorzystania w warunkach wymagających dłuższej pracy na zasilaniu bateryjnym.

Technologia LoRa zrewolucjonizowała IoT, umożliwiając komunikację danych na duże odległości przy niewielkim zużyciu energii. Po podłączeniu do niekomórkowej sieci LoRaWAN urządzenia LoRa obsługują szeroki zakres aplikacji IoT. LoRaWAN wypełnia lukę technologiczną w sieciach komórkowych i opartych na Wi-fi/ Bluetooth Low Energy wymagających dużej przepustowości lub dużej mocy, ewentualnie mają ograniczony zasięg. Technologia LoRa jest często najlepszym rozwiązaniem w środowiskach nisko zurbanizowanych lub wewnętrznych w inteligentnych miastach, inteligentnych domach i budynkach, inteligentnym rolnictwie, inteligentnych pomiarach oraz inteligentnym łańcuchu dostaw i logistyce.

Sebastian Aszklar

Beckhoff Automation

Jakich urządzeń sprzedaje się najwięcej?

Aktualnie największą popularnością cieszą się komputery typu embedded. Urządzenia te łączą w sobie zalety modułowych sterowników PLC oraz skalowalność mocy obliczeniowej charakterystyczną dla komputerów PC. Szeroka gama produktów pozwala na ich zastosowanie zarówno w bardzo prostych maszynach, jak i złożonych, wieloosiowych systemach motion z obsługą CNC.

Kompaktowa budowa embedded PC pozwala minimalizować gabaryty szafy sterowniczej, a uniwersalne moduły rozszerzeń EtherCAT gwarantują wieloletnią kompatybilność wstecz i nieograniczoną możliwość rozbudowy systemu sterowania wraz z funkcjonalnością maszyny. Obserwujemy też bardzo dynamiczny wzrost zapotrzebowania na małogabarytowe komputery all-in-one, tak jak nasz bestseller – C6017. Komputer, który w obudowie 82×82×66 mm mieści czterordzeniowy procesor, do 8 GB pamięci RAM, szybki i pojemny dysk SSD oraz cztery niezależne karty sieciowe, to rozwiązanie idealne jako komputer brzegowy. W połączeniu z oprogramowaniem TwinCAT 3 Runtime klient otrzymuje potężną platformę do zbierania danych w czasie rzeczywistym i ich wstępnej obróbki przed przekazaniem poziom wyżej.

Kto korzysta z komputerów przemysłowych?

Z komputerów przemysłowych firmy Beckhoff korzystają głównie producenci maszyn. Zastąpienie klasycznego sterownika PLC urządzeniem o zdecydowanie większych możliwościach pozwala na centralną obsługę nie tylko algorytmu sterowania, ale także systemu bezpieczeństwa, wieloosiowej kontroli motion, wizualizacji czy analizy obrazów pozyskanych z kamer Gig-E Vision. W ten sposób klienci mogą nie tylko produkować maszyny niższym kosztem, ale także wygodniej zarządzać ich dalszą rozbudową, dzięki uproszczonej topologii maszyny.

Klasyczne komputery wciąż znajdują zastosowanie w aplikacjach jako centralne jednostki integrujące dane, komputery brzegowe pozwalające wejść w świat Przemysłu 4.0 oraz jednostki sterujące w bardziej rozbudowanych liniach produkcyjnych, przykładowo bazujących na rewolucyjnym systemie transportowym XTS.

Więksi odbiorcy bardzo często korzystają też z rozwiązań dedykowanych, dostosowując wygląd zewnętrzny oraz konfigurację sprzętową i programową do swoich wymagań.

IIOT – Przemysłowy internet rzeczy

Ankietowani zwracają także uwagę na urządzenia z wbudowanym czytnikiem RFID wspierające rozwiązania z zakresu IIoT. Technologia IIoT, czyli przemysłowy Internet rzeczy (Industrial Internet of Things), od kilku lat postrzegana jest jako kluczowa w zmianach definiowanych jako czwarta rewolucja przemysłowa – Industry 4.0. Analitycy Markets and Markets Research2 szacują, że rynek IIoT zwiększy wartość z 77,3 mld USD w 2020 r. do 110,6 mld USD w 2025 r., przy średnim rocznym wzroście – CAGR – na poziomie 7,4%. Rozwój branży IIoT napędzany jest przez takie czynniki, jak postęp technologiczny w dziedzinie półprzewodników i urządzeń elektronicznych, zwiększone wykorzystanie platform przetwarzania w chmurze, standaryzacja IPv6 oraz wsparcie dla działań badawczo-rozwojowych związanych z IIoT.

IIoT jest częścią większego tematycznie obszaru, którym jest Internet rzeczy. Obejmuje on rozwiązania stosowane w logistyce (monitoring floty, automatyzacja magazynów), transporcie publicznym, aplikacje w inteligentnych budynkach czy nowe technologie w sprzęcie powszechnego użytku. Cechą wspólną jest tutaj wykorzystanie urządzeń komunikujących się bez udziału człowieka, które jednocześnie udostępniają dane w ramach większych systemów.

IIoT to, w uproszczeniu, zbiorcze określenie systemów sprzętowo-programowych zapewniających możliwość komunikacji, akwizycji, przetwarzania oraz analizy danych. Ich przykładem może być system z zespołem czujników bezprzewodowych monitorujących stan pracy maszyn, w którym dane zbierane są w obrębie jednego lub wielu zakładów, a następnie analizowane z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji. Inną możliwością zastosowania jest aplikacja do monitorowania i optymalizacji zużycia energii przez obiekt przemysłowy. W przypadku rozwiązań spoza przemysłu Internet Rzeczy znajduje zastosowania m.in. w zintegrowanym systemie nadzoru komunikacji miejskiej zapewniającym informacje o bieżącym ruchu pojazdów i dostarczającym nowe usługi pasażerom oraz firmom przewozowym.

Rys. 8 Najbardziej popularni producenci IPC, których produkty obecne są na rynku polskim

Rozwiązania takie jak omawiane stanowią naturalną ewolucję aplikacji z obszaru M2M i przetwarzania danych, zaś ich elementami są m.in. urządzenia do zbierania, przetwarzania i przesyłania danych (np. Edge Computing). W zastosowaniach tych sprawdzają się IPC, ponieważ zapewniają one wymaganą funkcjonalność. Dodatkowo oferują wyjątkową odporność w trudnych warunkach środowiskowych. W efekcie można je wykorzystywać np. w pojazdach czy bezpośrednio w maszynach produkcyjnych. Wraz z postępującą cyfryzacją, w naszym otoczeniu będzie pojawiało się coraz więcej systemów IoT wymagających stosowania komputerów i systemów embedded do przetwarzania oraz analizy danych.

Drugą stroną medalu jest to, że wiele z wcześniejszych prognoz dotyczących rozwoju rynku Internetu Rzeczy było najzwyczajniej zbyt optymistycznych. Skala wdrożeń IoT jest wciąż mocno ograniczana przez koszty i kwestie standaryzacyjne, zaś o zapowiadanych technologiach, takich jak np. smart dust, nadal mówi się w czasie przyszłym.