5G priemyselné zariadenia (3), Nové trendy, Rubriky,

5G priemyselné zariadenia (3)

5G Aliancia pre prepojený priemysel a automatizáciu (5G Alliance for Connected Industries and Automation, 5G-ACIA) predstavuje v súčasnosti hlavné globálne fórum na riešenie, diskusiu a hodnotenie relevantných technických, regulačných a obchodných aspektov 5G komunikácie pre priemyselné odvetvia. V predchádzajúcej časti seriálu sme sa venovali charakteristike údajov, napájaniu či časovej synchronizácii. V treťom diele predstavíme konkrétne príklady priemyselných 5G zariadení.

V nasledujúcej časti je uvedený výber hypotetických priemyselných zariadení 5G. Predložili ich členské spoločnosti združenia 5G-ACIA, aby ilustrovali budúce možnosti. Žiaden z uvedených produktov nebol k termínu vydania pôvodného textového zdroja tohto seriálu (marec 2022) na trhu dostupný a neexistuje žiadna záruka, že nejaké z nich budú niekedy skutočne vyvinuté a vyrobené. Množstvo ďalších prípadov použitia je uvedených v ďalšom prehľadovom článku združenia 5G-ACIA s názvom 5G pre automatizáciu v priemysle [2]. Tab. 2 mapuje prípady použitia a príklady priemyselných zariadení. Zahŕňa prípad použitia „prenosných nástrojov“, ktoré sa používajú v mnohých montážnych aplikáciách na pomoc pracovníkom pri vykonávaní špecifických úloh. Patria medzi nich elektrické skrutkovače, nitovacie nástroje a zošívacie pištole. V závislosti od vykonávanej činnosti treba tieto nástroje nakonfigurovať, identifikovať, lokalizovať a monitorovať.

5G snímač s krytím IP67

Snímače s krytím IP67 sú jednoúčelové zariadenia umiestnené v odolnom puzdre na použitie v náročných priemyselných prostrediach s meniacou sa vlhkosťou, teplotou, vibráciami a inými podmienkami. Niektoré sú tiež naplnené epoxidovou živicou alebo inou izolačnou tekutou zmesou na ochranu ich vnútornej elektroniky a majú minimálne vonkajšie rozhrania alebo im dokonca úplne chýbajú. Ich napájanie je často fyzicky pripojené. Ich hlavnou úlohou je spoľahlivo snímať a komunikovať stav technického procesu v reálnom čase, či už periodicky, alebo v reakcii na definované udalosti. Preto musia spĺňať náročné kvalitatívne požiadavky. Sú to účelovo optimalizované, nákladovo citlivé riešenia, ktoré obsahujú len malý počet komponentov na doske plošných spojov a nízkoúrovňových rozhraní, ako sú SPI a UART.

5G snímač výšky hladiny s IIoT

5G snímač výšky hladiny je príkladom kompaktného, úplne integrovaného zariadenia na použitie v spracovateľskom priemysle a prevádzkach s neverejnými samostatnými aj verejnými sieťami. Jeho hlavnou úlohou je meranie výšky hladiny kvapalín alebo pevných látok v mobilných alebo pevných nádobách. Detegované a hlásené môžu byť aj ďalšie parametre, ako je okolitá teplota a poloha. Zariadenie a jeho anténa sú vnútri tesne priliehajúceho puzdra (IP66/68), čo obmedzuje možnosti uvedenia do prevádzky a konfigurácie na mieste. Jeho veľkosť je rádovo 10 x 10 x 5 cm. Zariadenie je napájané z batérie. Rýchlosť prenosu dát je zvyčajne nízka (od jedného prenosu za minútu až po niekoľko prenosov za deň), ale môže byť vyššia (jeden prenos za sekundu) pri plnení alebo vyprázdňovaní nádoby. Možná je aj bezdrôtová aktualizácia softvéru.

5G dvojkanálový adaptér

Tento adaptér pripája zariadenia umiestnené v prevádzke so starším komunikačným protokolom k bezdrôtovej sieti 5G. Svoje využitie nájde primárne v existujúcich prevádzkach v spracovateľskom priemysle, aby sprístupnil dodatočné údaje týkajúce sa diagnostiky stavu inteligentných snímačov alebo akčných členov. Adaptér podporuje dvojkanálovú komunikáciu (v spracovateľskom priemysle nazývanú aj druhý komunikačný kanál), ktorá umožňuje IT/OT komunikáciu nezávisle od (káblovej) komunikácie na účely riadenia.

Zariadenie je napájané batériou alebo prevádzkovým zariadením a pravidelne prenáša údaje s nízkou alebo strednou rýchlosťou. V prípade alarmu sa vyžaduje prenos s malým oneskorením. Je určený na použitie v náročných prostrediach (IP66/68) vrátane výbušných atmosfér. Vďaka svojej malej veľkosti len niekoľko centimetrov a priliehavému puzdru neobsahuje toto zariadenie žiadne ovládacie prvky. Jeho anténa bude prednostne tiež vnútorná. Bude sa môcť pripojiť k neverejným samostatným aj k verejným sieťam.

Inteligentný 5G snímač

V mnohých výrobných aplikáciách umožňuje 5G komunikácia inteligentným snímačom pracovať bezdrôtovo bez kompromisu z hľadiska spoľahlivosti, dostupnosti alebo krátkeho oneskorenia pre krátke časy odozvy. Inteligentné snímače majú zvyčajne zabudovaný mikroprocesor alebo výpočtový systém na báze FPGA na spracovanie signálov. Inteligentné snímače pri prevádzke na batériu možno použiť na monitorovanie dynamických procesov obrábania, ako je päťosové frézovanie s montážou priamo na stroji (obr. 15).

Inteligentný snímač pozostáva zo snímacej sondy, ktorá prevádza fyzikálnu veličinu na elektrický signál, A/D prevodníka, ktorý vzorkuje elektrický signál na získanie kvantifikovaných hodnôt, a procesnej jednotky, ako je mikroprocesor (MCU) alebo FPGA na spracovanie signálu a generovanie dátových paketov. Obr. 16 znázorňuje prototyp 5G inteligentného snímača na meranie zrýchlenia. Pre 5G komunikáciu môže byť inteligentný snímač vybavený rozhraním, ako je USB alebo ethernet, prepojený s 5G mostom, alebo vybavený vhodným kompaktným 5G komunikačným modulom, ktorý je priamo integrovaný na jeho doske plošných spojov (keď raz bude dostupný).