Raport: Komunikacja bezprzewodowa

Źródło: Phoenix Contact

Coraz częściej odbiorcami technologii bezprzewodowych są zakłady przemysłowe, gdzie wykorzystuje się je głównie do monitoringu, diagnostyki czy telemetrii. Możliwość oderwania się od sztywnej infrastruktury kablowej skutkuje m.in. łatwością rekonfiguracji stanowisk pracy i linii technologicznych, co dla wielu użytkowników stanowi ogromną zaletę.

Technologia komunikacji bezprzewodowej jest obecnie najprężniej rozwijającym się segmentem rynku telekomunikacyjnego. Jakie sieci bezprzewodowe cieszą się największą popularnością? Jakie czynniki mają decydujący wpływ na wybór przemysłowych urządzeń służących do komunikacji? Jakie zastosowania znajdują tytułowe rozwiązania? Na te i inne pytania odpowiemy w niniejszym raporcie, powołując się na opinie dostawców, a także wyniki uzyskane z ankiety przeprowadzonej wśród czytelników magazynu „Control Engineering Polska”.

Z kablem czy bez kabla?

Jakie urządzenia preferują użytkownicy – przewodowe czy bezprzewodowe? Z ankiety redakcyjnej przeprowadzonej wśród czytelników magazynu „Control Engineering Polska” wynika, że zdania na ten temat są podzielone. Połowa respondentów chętniej sięga po urządzenia bezprzewodowe, natomiast druga połowa woli tradycyjne połączenie kablowe.

Jak wyjaśnia Paweł Auguściuk, inżynier projektu w firmie Automatech, w zależności od potrzeb można znaleźć odpowiednie rozwiązania oferowane przez technologię bezprzewodową. Mimo że przy obecnych możliwościach technologicznych niemal dla każdej aplikacji można dobrać technologię bezprzewodową, to jednak nie zawsze jest taka potrzeba.

Należy pamiętać, że tradycyjne połączenie kablowe jest tańsze i nie ma wielu ograniczeń, jakie ma technologia bezprzewodowa – w związku z tym bardzo często to „kabel” jest wybierany.

Jak wyjaśnia ekspert, zalety technologii bezprzewodowej są oczywiste. Należą do nich: mobilność maszyn, elastyczność parku maszynowego, łatwość konfiguracji połączeń w porównaniu do konieczności kablowania zakładu czy mobilność operatorów. Dodatkową zaletą w niektórych systemach jest bezpieczeństwo pracowników, którego poziom zwiększa się dzięki systemom zdalnego monitorowania i ostrzegania.

Natomiast wadami mogą być potencjalne zagrożenia zakłóceń w komunikacji. Zarówno zakłócenia fizyczne, elektromagnetyczne, radiowe, jak i problemy z infrastrukturą sieci GSM – wszystkie te potencjalne zagrożenia mogą wystąpić i w konsekwencji zakłócić pracę sieci bezprzewodowej. Porównać je jednak można do zagrożeń wynikających z przerwania kabli czy zaniku zasilania, co ma miejsce w tradycyjnych sieciach sterowania.

Również zdaniem Kamila Wachowicza, szefa produktu – automatyka w firmie Phoenix Contact, główną wadą technologii bezprzewodowych jest mniejsza odporność na zakłócenia, a zaletami – elastyczność systemu wynikająca z braku okablowania, dzięki czemu można go z łatwością modyfikować lub przenosić w inne miejsce (np. instalacje tymczasowe, takie jak kopalnie, kamieniołomy itd.). Chcąc czerpać jak najwięcej korzyści z takiego rozwiązania, trzeba pamiętać o tym, że każda instalacja bezprzewodowa powinna być przetestowana w miejscu, gdzie zostanie docelowo zainstalowana. Pozwoli to na uniknięcie przykrych niespodzianek podczas eksploatacji.

Źródło: Turck

Wi-Fi i GSM na czele

Z doświadczenia Pawła Auguściuka z firmy Automatech wynika, że zdecydowanie największą popularnością cieszą się rozwiązania umożliwiające komunikację za pośrednictwem sieci GSM oraz radiowe. Systemy GSM wymieniają dane bezpośrednio, np. wysyłając komendy do urządzeń mających wbudowane modemy lub za pośrednictwem Internetu i podłączonych do niego systemów SCADA. Swoją popularność zyskały dzięki możliwości pracy na dużych odległościach bez dodatkowych inwestycji w infrastrukturę.

Dużym zainteresowaniem cieszą się również systemy komunikacji radiowej, stosowane w zdalnym sterowaniu maszyn oraz aplikacjach wymagających przesyłu kompaktowego pakietu danych.

Mówiąc o technologiach bezprzewodowych, nie należy zapominać o ZigBee, która to, zdaniem Michała Sadowskiego, dyrektora sprzedaży w firmie Antaira Technologies, jest niewątpliwie ważną w przemyśle technologią komunikacyjną. Jak wyjaśnia ekspert, w przeciwieństwie do standardu Wi-Fi, który jest wykorzystywany w transmisji głównie między komputerami i urządzeniami przenośnymi, zastosowanie ZigBee już od początku sprowadzało się do zapewniania wymiany danych między przyrządami pomiarowymi, np. w sieciach czujnikowych, między przetwornikami, licznikami czy urządzeniami monitorującymi. ZigBee cechuje się stosunkowo dobrą niezawodnością transmisji oraz elastycznością konfiguracji i skalowalnością. Do przesyłu danych wykorzystywane jest m.in. pasmo 2,4 GHz, przy czym prędkość transmisji wynosi do 250 kb/s. Wprawdzie to zdecydowanie mniej niż w przypadku Wi-Fi, jednak jest to rekompensowane bardzo niskim poborem energii, co pozwala na długą (nawet wieloletnią) pracę urządzeń zasilanych bateryjnie. Kratowa topologia umożliwia rozszerzanie sieci o setki komunikujących się wzajemnie ze sobą urządzeń.

Jak zauważa Michał Sadowski, obecnie coraz częściej mamy do czynienia z technologią LoRaWAN. Umożliwia ona uzyskanie niewielkich prędkości przesyłu danych w zamian za mały pobór mocy. LoRaWAN pracuje w nielicencjonowanych pasmach ISM (Europa 868 MHz).

Przyjrzyjmy się teraz preferencjom ankietowanych użytkowników dotyczącym technologii bezprzewodowych. Według uczestników badania najwięcej zalet mają sieci Wi-Fi (54%) oraz sieci GSM (38%). Jak pokazano na rys. 1, w dalszej kolejności znalazły się: WirelessHART (30%), radiomodemy (23%), Bluetooth (15%) oraz moduły M2M – machine to machine (8%).

Natomiast zdaniem sondowanych dostawców najbardziej dynamicznie na polskim rynku rozwijają się następujące technologie: sieci GSM i moduły M2M (po 75% wskazań), sieci Wi-Fi (62%), radiometry (38%) oraz Bluetooth (25%).

Główni odbiorcy

Głównymi odbiorcami urządzeń bezprzewodowych są duże przedsiębiorstwa mające rozbudowane zakłady produkcyjne o silnie rozproszonej produkcji. Dzisiejszy nabywca technologii bezprzewodowej może reprezentować każdą dziedzinę przemysłu lub sektora usług. Jak tłumaczy Paweł Auguściuk, w tego typu zakładach najczęściej zachodzi konieczność stałego monitoringu wielu parametrów, a możliwość relokacji maszyn bez konieczności ingerencji w okablowanie jest również bardzo ceniona.

Rozwiązania bezprzewodowe w przemyśle zyskują na popularności przede wszystkim tam, gdzie układanie przewodów jest niemożliwe, nieekonomiczne lub niesie za sobą ryzyko technologiczne, a także wszędzie tam, gdzie ich zastosowanie może skutkować wymiernymi zyskami. Jak wyjaśnia Michał Nieużyła, inżynier produktu w firmie RAControls, ich użycie jest uzasadnione w następujących aplikacjach:

eliminacja połączeń ślizgowych, często podatnych na zabrudzenia. Jeśli komunikacja jest prowadzona takim złączem, wymaga wielu przewodów (pinów), co dodatkowo komplikuje konstrukcję złącza. W przypadku zastosowania połączenia radiowego można ograniczyć się tylko do połączenia zasilającego;

wszelkiego rodzaju urządzenia poruszające się, których obecnie – w dobie magazynów automatycznych i wózków autonomicznych – jest wyjątkowo dużo. W takim przypadku łączność bezprzewodowa jest wręcz niezbędna;

coraz bardziej popularny zdalny dostęp, wykorzystywany głównie do celów serwisowych;

zbieranie danych z rozproszonych lokalizacji (mniej lub bardziej klasyczna telemetria).

Jeśli chodzi o ostatni z wyżej wymienionych obszarów zastosowań, to – zdaniem Pawła Auguściuka – zastosowanie telemetrii jest optymalnym rozwiązaniem szczególnie w przypadku konieczności monitoringu i sterowania oddalonych od siebie obiektów. Zwłaszcza w gospodarce wodnej i energetycznej zdalny dostęp do danych telemetrycznych oraz możliwość podjęcia natychmiastowych działań zdalnych to bardzo korzystne rozwiązanie ze względów ekonomicznych i funkcjonalnych.

Zgodnie ze wskazaniami ankietowanych najpopularniejszymi zastosowaniami urządzeń bezprzewodowych są przede wszystkim: monitoring i diagnostyka (69% użytkowników i 78% dostawców), telemetria (62% użytkowników i 75% dostawców), a także systemy alarmowe i bezpieczeństwa oraz inne zastosowania przemysłowe (54% użytkowników i 75% dostawców). W dalszej kolejności były wymieniane: zdalne sterowanie, branża wodno-kanalizacyjna, energetyka, a na samym końcu handel, kasy i bankomaty (rys. 2).

Jeśli chodzi natomiast o najbardziej perspektywiczne zastosowania bezprzewodowych urządzeń przemysłowych w naszym kraju, to – zdaniem uczestników badania – są nimi: monitoring (85%), telemetria (76%), różnego rodzaju systemy alarmowe (70%), maszyny (62%), transport i logistyka (54%), kontrola dostępu (46%) oraz e-metering (38%) oraz HVAC (23%).

Czynniki determinujące wybór

Optymalny wybór technologii bezprzewodowej dla wielu osób może być nie lada wyzwaniem. Jak powinno się dobierać technologie komunikacyjne do zastosowań? Zdaniem Kamila Wachowicza z firmy Phoenix Contact zastosowanie odpowiedniej technologii zależy od wielu czynników, z których najważniejszymi są: wymagana odległość, szybkość i rozmiar przesyłanych plików oraz możliwe zakłócenia. Mając je wszystkie na uwadze, jesteśmy w stanie prawidłowo dobrać odpowiednią technologię. Oprócz wszystkich wyżej wymienionych parametrów należy również zwrócić uwagę na sposób szyfrowania przesyłanych plików.

Jak dodaje Paweł Auguściuk z firmy Automatech, oprócz takich cech, jak wielkość możliwego do przesyłu pakietu danych, rodzaj komunikacji i właściwy dobór typu sygnału do środowiska, w jakim system będzie funkcjonować, duże znaczenie powinna mieć także możliwość realizacji funkcji bezpieczeństwa i ich kategoria, co jest szczególnie istotne przy systemach radiowego sterowania maszyn.

Jeśli chodzi o kwestie związane z bezpieczeństwem, to – jak wyjaśnia Dariusz Nowak z firmy Pace Poland – obserwując rynek komunikacji bezprzewodowej w Polsce, można zauważyć niski poziom wiedzy dotyczącej cyberbezpieczeństwa i świadomości zagrożeń sieciowych. Nagminne jest ignorowanie wymogu szyfrowania danych przesyłanych przez sieć publiczną czy pomijanie prostej procedury dwustopniowej autoryzacji dostępu do instalacji podłączonych do Internetu. Skutkuje to z jednej strony podłączaniem kosztownych instalacji do Internetu w sposób pozwalający na ich przejęcie, uszkodzenie, zainfekowanie i wykorzystanie do destabilizacji pracy innych systemów czy kradzieży danych poufnych. Na drugim biegunie mamy całkowite izolowanie instalacji od Internetu pomimo tego, że są dostępne proste we wdrożeniu i niedrogie w utrzymaniu rozwiązania gwarantujące cyberbezpieczeństwo w przemyśle, o których warto pamiętać.

Co do najważniejszych kryteriów branych pod uwagę podczas zakupu przemysłowych urządzeń służących do komunikacji, zdaniem ankietowanych użytkowników są nimi przede wszystkim: niezawodność (84%), łatwość obsługi (69%), łatwość implementacji rozwiązania (54%), dostępne interfejsy komunikacyjne (46%), maksymalny zasięg (44%), cena (40%), stopień ochrony (38%), referencje oraz doświadczenie dostawcy (36%), marka (24%), przepustowość (23%) oraz zakres częstotliwości pracy (8%) – rys. 3.

Z kolei w opinii sondowanych dostawców klienci zwracają uwagę głównie na cenę (87%), interfejsy komunikacyjne (75%) oraz niezawodność i łatwość implementacji rozwiązania (62%).

Jeśli chodzi o cenę, która zdaniem dostawców jest głównym czynnikiem determinującym wybór urządzenia do komunikacji, większość użytkowników twierdzi, że nie jest ona zbyt wygórowana. Na pytanie: „Czy aktualne ceny przemysłowych urządzeń bezprzewodowych są adekwatne do ich możliwości?” respondenci odpowiedzieli: „raczej tak (38%), „jak najbardziej tak” (24%), „nie” (23%) oraz „nie mam zdania” (15%).

Dla wielu osób nie bez znaczenia jest też współpraca z dostawcą/dostawcami urządzeń bezprzewodowych, która została oceniona: dobrze (54%), bardzo dobrze (31%) lub źle (15%) – głównie ze względu na brak wsparcia serwisowego.

Źródło: Turck

Najbliższa przyszłość – plany zakupowe i prognozy sprzedaży

Naszych respondentów zapytaliśmy również o plany zakupu przemysłowych urządzeń bezprzewodowych. Okazuje się, że w ciągu najbliższych 12 miesięcy 75% ankietowanych ma zamiar nabyć tego typu rozwiązania, z czego 5% osób chce przeznaczyć na ten cel sporą część budżetu, a 70% – niewielką część budżetu. Pozostali uczestnicy badania (25%) nie zamierzają w tym czasie dokonywać tego rodzaju zakupów.

Jak deklarują użytkownicy, moduły i urządzenia do komunikacji bezprzewodowej kupowane są przez nich najczęściej samodzielnie (70%), rzadziej w systemach (30%).

Z praktyki sondowanych dostawców również wynika, że rozwiązania te dużo częściej sprzedają się samodzielnie (87%) niż w systemach (13%).

Według oceny ankietowanych dostawców sytuacja obecnie panująca na polskim rynku urządzeń bezprzewodowych jest postrzegana jako dobra (75%) lub bardzo dobra (25%) – rys. 4. Nic nie wskazuje na to, że miałoby się to zmienić. Wręcz przeciwnie – wszyscy dostawcy prognozują, że w ciągu najbliższego roku należy się spodziewać zwiększenia sprzedaży przemysłowych rozwiązań bezprzewodowych. Zdaniem respondentów ma to związek m.in. z coraz szybszą automatyzacją polskiego przemysłu i większą świadomością korzyści płynących z zastosowania urządzeń bezprzewodowych (np. możliwość obniżenia kosztów serwisu gwarancyjnego i pogwarancyjnego). Ponadto, jak wyjaśnia jeden z respondentów, w wielu aplikacjach, w których koszty przewodów stają się coraz większe, tam pojawia się więcej miejsca dla systemów bezprzewodowych; rynek coraz częściej wymaga komunikacji bezprzewodowej w oferowanych systemach.

Respondenci są pewni, że najbliższe lata przyniosą jeszcze bardziej dynamiczny rozwój technologii komunikacji bezprzewodowych. Wpływ na tę sytuację ma wiele czynników. Zdaniem Michała Sadowskiego z firmy Antaira Technologies, jednym z najważniejszych jest z pewnością rozwój Internetu Rzeczy, który pociąga za sobą konieczność zapewnienia taniej, pewnej komunikacji o małym poborze mocy. Jednocześnie rosnąca ilość danych będzie wymuszać powstawanie technologii o bardzo dużych przepustowościach.

W opinii uczestników badania rozwiązania bezprzewodowe zyskują stale na popularności i obejmują kolejne branże, na co ma wpływ m.in. poszerzenie oferty dostępnej na rynku, odpowiadającej coraz to nowszym potrzebom. Zdaniem dostawców w systemach bezprzewodowych drzemie ogromny potencjał – cały czas rośnie zapotrzebowanie na tego typu produkty oraz pojawiają się nowe rynki zbytu. Mimo że w aplikacjach przemysłowych wciąż dominują „kable”, niektórzy analitycy prognozują, że przyszłość przemysłowej komunikacji należeć będzie do rozwiązań bezprzewodowych – wówczas bezprzewodowość stanie się standardem, natomiast „kable” będą postrzegane jako ostateczność.

Źródło: Turck

Raport powstał w oparciu o dane uzyskane z ankiety przeprowadzonej wśród czytelników magazynu Control Engineering Polska. Oprócz tego przy tworzeniu raportu bazowano na informacjach pochodzących od dostawców przemysłowych urządzeń bezprzewodowych. Raport nie odzwierciedla pełnego obrazu rynku.

Autorka: Agata Abramczyk