Introdução à tecnologia de comunicação industrial sem fio
A tecnologia sem fio industrial possui um enorme potencial de desenvolvimento.
As pesquisas mais recentes da HSM Networks mostram que o mercado de redes industriais continua em expansão, com previsão de crescimento de 7% em 2024. Vale ressaltar que a tecnologia sem fio tem crescido de forma constante nos últimos anos, embora o ritmo de crescimento tenha diminuído ligeiramente, segundo relatórios. Por tipo de rede, as soluções sem fio ainda representam 7% do total. O mercado continua a lançar mais produtos industriais com tecnologia sem fio e a aceitação de soluções sem fio em ambientes fabris está crescendo. Os casos de uso típicos incluem substituição de cabos, acesso sem fio a máquinas e conectividade com equipamentos industriais móveis.
O White Paper de P&D da Indústria 4.0 da Alemanha e a Estratégia de Implementação e Arquitetura de Referência da Indústria 4.0 consideram a tecnologia sem fio um componente importante da pesquisa e inovação em tecnologia de comunicação de rede da Indústria 4.0.
O motivo pelo qual a Indústria 4.0 alemã e a Internet Industrial americana atribuem grande importância à aplicação da tecnologia sem fio na indústria é porque as redes sem fio apresentam vantagens óbvias em relação às redes industriais com fio existentes.
● Reduz significativamente os custos de construção e manutenção de redes. Redes sem fio podem ser implantadas rapidamente, e cabos e dispositivos de proteção relacionados podem ser instalados sem fio em canteiros de obras, oficinas, fábricas e outros ambientes. Os custos de instalação e manutenção são reduzidos.
● Aumentar a flexibilidade da linha de produção. A tecnologia sem fio permite a mobilidade dos equipamentos de campo e possibilita a reconstrução flexível e rápida das linhas de produção com base nas necessidades de produção e aplicação industrial.
● Alcance uma ampla gama de ambientes de implantação. Como a tecnologia sem fio supera as limitações da implantação por cabo e possui diversas arquiteturas de rede, como malha e estrela, ela permite uma implantação rápida em uma variedade de cenários industriais.
Tecnologias sem fio envolvidas em redes industriais
De acordo com a distância da comunicação sem fio, a tecnologia de comunicação sem fio pode ser dividida em tecnologia de comunicação sem fio de curto alcance e tecnologia de comunicação de rede de longa distância:
● Tecnologia de comunicação sem fio de curto alcance: incluindo tecnologias tradicionais de comunicação de curto alcance, como WLAN, Bluetooth, ZigBee e RFID, e tecnologias dedicadas de comunicação de curto alcance para aplicações industriais, representadas por WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA, etc.
● Tecnologia de comunicação de rede de longa distância: incluindo tecnologia celular 2G/3G/4G/5G e tecnologia LPWA, NB-IoT e eMTC são tecnologias de espectro licenciado, e LoRa e SigFox são tecnologias de espectro não licenciado.
Recursos da tecnologia sem fio
A aplicação de redes sem fio na indústria exige diferentes níveis de projeto de otimização, com base nos links utilizados e nos serviços que elas suportam. De acordo com a velocidade de comunicação sem fio, esta pode ser dividida em comunicação de alta velocidade e comunicação de baixa velocidade. Cenários típicos de aplicação da tecnologia sem fio são apresentados na tabela.
Categoria | Distância de comunicação | Comunicação Avaliar | Aplicação típica |
Bluetooth | 10m | 20M | Comunicação de curta distância, streaming de áudio, sincronização de arquivos |
Wi-fi | 50m | 200M | Rede doméstica ou de escritório, vídeos online, jogos grandes e downloads de arquivos, etc. |
Zigbee
| 200m | 250 kbps | Banda de frequência de 2,4 GHz, baixa velocidade e baixo consumo de energia. Utilizada para dispositivos IoT. tais como comunicação de dados de sensores e controle remoto de eletrodomésticos. |
WirelessHART | 200m | 250 kbps
| Banda de frequência de 2,4 GHz, baixa velocidade, baixo consumo de energia e alta confiabilidade. Muitas otimizações técnicas foram realizadas em termos de confiabilidade para instalações industriais. Garantia anti-interferência e de atraso. |
LoRa
| 1-20 km
| 0,3-5 kbps
| SubG, faixa de frequência licenciada de uso livre, agricultura inteligente, edifícios inteligentes. Rastreamento logístico: é necessário construir sua própria rede. |
NB-IoT
| 1-20 km
| <250 kbps
| Banda de frequência autorizada SubG, medidor de água, estacionamento, rastreamento de animais de estimação, Detector de fumaça, utilizando a rede da operadora. |
5G
| 500m
| 1 Gbps
| Alta velocidade, baixa latência, grande número de conexões, alta confiabilidade. Condução autônoma, drones, realidade virtual/aumentada, fábricas inteligentes e assistência médica inteligente. |
A tendência de desenvolvimento das redes sem fio será principalmente a sobreposição, complementada pela integração.
Os sistemas de controle industrial são autossuficientes e priorizam a estabilidade e a confiabilidade, por isso as empresas industriais são muito cautelosas com suas modificações. Empresas dos setores de manufatura e serviços industriais têm uma necessidade urgente de dados sobre equipamentos de produção, ambiente, ferramentas de produção, etc. Além disso, a implantação de redes cabeadas é muito cara e complexa, então elas adotaram um método de sobreposição para implantar redes sem fio.
O método de sobreposição refere-se à construção de uma rede sem fio externa à rede existente da fábrica para coletar informações sobre equipamentos e produtos, e realizar o controle de equipamentos em tempo real e não em tempo real em alguns cenários. Algumas empresas também estão tentando adotar uma abordagem convergente para a implantação de redes sem fio, ou seja, usar redes sem fio para substituir gradualmente alguns dos terminais de rede de controle industrial existentes (como barramentos de campo e grandes redes) para realizar a coleta e o controle de informações sem fio.
