Las industrias de procesos y otras industrias manufactureras están introduciendo tecnologías digitales para mejorar aún más la eficiencia de producción. Como tecnología central, la comunicación inalámbrica que proporciona conectividad donde sea que esté implementada es cada vez más importante. Al mismo tiempo, la comunicación inalámbrica necesita satisfacer las necesidades de una variedad de aplicaciones, lo que se está volviendo cada vez más desafiante.
01 Descripción general de las funciones de comunicación 5G
Después de 3G y 4G\/LTE, "5G" es la quinta generación de sistemas de comunicación móvil. Si bien estas generaciones de sistemas se han desarrollado más para los servicios de comunicación personal, 5G también se puede utilizar para la infraestructura de red de Internet de las cosas (IoT), que conectará todos los dispositivos y objetos en la vida cotidiana, la fabricación y otras industrias.
Tres características de la comunicación 5G y sus aplicaciones prácticas.
● Banda ancha móvil mejorada
5G se centra en aumentar el rendimiento de datos de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha, que se ha mejorado en las generaciones anteriores. Los servicios de banda ancha para teléfonos inteligentes y otros dispositivos móviles son un excelente ejemplo de aprovechar esta función.
● Comunicación de bajo retraso ultra confiable
5G está diseñado para habilitar la comunicación inalámbrica altamente confiable, de baja latencia y en tiempo real.
● Comunicación de máquina a gran escala
Esta característica significa que muchos terminales de bajo tráfico están conectados simultáneamente.
02 espectro dedicado en 5G
Con la mayoría de las tecnologías de comunicación inalámbrica existentes, este espectro sin licencia se puede utilizar para una variedad de escenarios con un número ilimitado de usuarios. Sin embargo, existe un riesgo de interferencia entre los diferentes sistemas inalámbricos en la misma banda de frecuencia.
03 Red privada operativa (local 5G)
Los sistemas de comunicación móvil existentes generalmente están diseñados para proporcionar una amplia gama de servicios de comunicación en una red nacional establecida por un operador de red móvil.
04 Estandarización internacional de 5G
En algunos países, se espera que las empresas y los gobiernos locales construyan y operen sus propias redes 5G dedicadas. Después de obtener una licencia, los operadores locales pueden usar exclusivamente estas bandas dentro de su región.
Se espera que 5G se utilice en la industria tradicional de comunicaciones móviles y en muchas otras industrias. La inclusión de nuevos requisitos para aplicaciones industriales es un factor importante en el desarrollo exitoso de los estándares. Las principales empresas de las industrias de fabricación y telecomunicaciones están participando activamente y exploran la aplicación de tecnología 5G en la industria manufacturera.
05 Cinco aplicaciones potenciales en la industria de procesos
En el sector manufacturero, los requisitos de comunicación para diferentes aplicaciones de campo varían, y como se mencionó anteriormente, se espera que 5G se utilice como una infraestructura inalámbrica capaz de introducir una variedad de aplicaciones inalámbricas de fábrica. Además, aquellas aplicaciones que mejor aprovechan las características de comunicación de 5G se están desarrollando para facilitar las operaciones remotas digitales en la fabricación.
1. Soporte de operación en el sitio para dispositivos móviles
Los dispositivos móviles se están implementando en el campo para aumentar la productividad, y las limitaciones actuales de cobertura de red y ancho de banda de campo limitan el soporte de aplicaciones a través de la comunicación inalámbrica. 5G habilitará la comunicación inalámbrica de banda ancha a velocidades más altas y una menor latencia en cualquier área de la fábrica.
La realidad aumentada (AR) es uno de los escenarios de aplicación de la banda ancha móvil mejorada 5G. Aunque AR requiere muchos datos, puede superponer imágenes de alta definición en el dispositivo de destino y mostrarlas en tiempo real en la tableta del trabajador o el dispositivo de terminal portátil, proporcionando una solución intuitiva. Los trabajadores de campo pueden operar el equipo objetivo mientras hace referencia a los procedimientos de trabajo superpuestos, o compartir imágenes en tiempo real con técnicos en ubicaciones remotas y obtener recomendaciones específicas. No solo ayuda a mejorar la eficiencia, la confiabilidad y la seguridad del trabajo de campo, sino que también puede transmitir habilidades de manera más efectiva a través de la práctica.
2. Monitoreo remoto con imágenes de alta definición
5G tiene más capacidad que la generación anterior de 4G\/LTE, especialmente en términos de comunicaciones de enlace ascendente. Esto permite transmitir video en 4K o más de resolución en tiempo real. En las fábricas, un uso potencial es el uso de cámaras inalámbricas para el monitoreo remoto. Cuando la claridad de la imagen es lo suficientemente alta como para distinguir cambios sutiles en el color de la superficie líquida o la corrosión de la tubería, la inspección visual se puede llevar a cabo de forma remota. Las imágenes de alta resolución también se pueden usar como entrada para AI Analytics, que pueden detectar automáticamente anomalías, como la intrusión humana no autorizada o las situaciones como los incendios.
3. Robots de la nube
A medida que la población trabajadora se reduce, se espera que los robots móviles se aseguren de que las fábricas funcionen de manera segura y confiable. Los robots se mueven de forma autónoma por toda la fábrica, tomando el lugar de los trabajadores para patrullar áreas peligrosas. Los drones pueden realizar trabajos de gran altitud, lo que puede ser peligroso para los trabajadores. "Cloud Robotics" está emergiendo como una tecnología prometedora. Debido a que las funciones de control en la nube no están limitadas por el rendimiento computacional del robot, se pueden implementar funciones de control avanzadas.
Utilizando sus propiedades de alta velocidad y alta capacidad, 5G permite que los robots móviles se conecten de forma inalámbrica a las funciones de control en la nube en tiempo real. Use recursos informáticos masivos en la nube y procese grandes cantidades de datos de sensores en tiempo real. Las características ultra confiables y de baja latencia ofrecidas por 5G permiten que se use para comunicaciones de emergencia y sensibles al tiempo, que pueden evitar eventos como colisiones entre robots y equipos de proceso móvil.
4. Sistema de control inalámbrico\/nube
La tecnología inalámbrica existente no puede lograr una alta confiabilidad y baja latencia al mismo tiempo, pero se puede lograr con 5G. Esto hace que 5G esté disponible para aplicaciones de misión crítica. Una posible aplicación es la parte inalámbrica de un sistema de control distribuido (DCS) para reducir el costo de instalar y mantener cables de comunicación en un área de planta amplia. Los puntos de monitoreo también se pueden agregar y modificar sin ninguna manipulación de los cables de comunicación.
Además, si 5G garantiza una comunicación altamente confiable y de baja latencia entre los dispositivos de campo y la nube, los controladores y otras funciones de DCS se pueden configurar en la nube mientras se mantiene el rendimiento crítico de la misión. Además de los sistemas de nubes externos, 5G también se puede usar con computación de borde de acceso múltiple (MEC), que construirá una plataforma informática de baja latencia en la red. Cuando las aplicaciones de control se implementan en la plataforma MEC, los servicios de control en la nube se pueden permitir aprovechar al máximo la alta confiabilidad y la baja latencia de 5G sin la necesidad de Internet u otras redes.
5. Sensores conectados para gemelos digitales
El gemelo digital es la realización digital de la fábrica real en el ciberespacio y es la base de la transformación digital de las operaciones de fábrica. Las aplicaciones no se limitan a la información de diseño de planta digital estática. Los gemelos digitales reflejan las condiciones reales de la planta en tiempo real, lo que permite el mantenimiento predictivo y las operaciones optimizadas a través de la simulación y el análisis de IA.
Para sincronizar con mayor precisión el estado de gemelos físicos y digitales, las empresas deben comprender con precisión el estado de equipos, tuberías y otros activos, así como el clima y otras condiciones. Para hacer esto, la fábrica tuvo que instalar muchos sensores. Para satisfacer esta demanda, cada sensor debe ser inalámbrico, económico y capaz de operar durante años sin tener que reemplazar la batería. La capacidad de 5G para conectar múltiples dispositivos al mismo tiempo es clave para esta aplicación.
Los posibles casos de aplicación 5G en fábricas incluyen soporte para dispositivos móviles, monitoreo remoto, robótica de la nube, sistemas de control inalámbrico\/nube y conectividad de sensor mejorada para la optimización de gemelos digitales.
06 Estado y desafíos de las aplicaciones industriales 5G
A pesar de los muchos casos de aplicación potenciales en la fábrica, 5G aún no se ha implementado ampliamente en la industria de procesos. Las aplicaciones industriales 5G aún enfrentan muchos desafíos.
Para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de los consumidores e industriales, 5G debe respaldar múltiples funciones. El estándar 5G se está desarrollando de manera gradual con diferentes prioridades. Las versiones R16 y posteriores del estándar 5G incluyen características que se pueden utilizar para aplicaciones industriales. Mejoran las comunicaciones de alta fiabilidad y de baja latencia y las redes privadas, y también respaldan la interoperación con redes sensibles al tiempo (TSN), una tecnología de red esencial en la automatización.
Las capacidades del sector industrial se mejorarán aún más en los estándares R18 y posteriores (5G avanzados). Mientras que 5G ofrece capacidades industriales avanzadas, como alta confiabilidad, baja latencia y conectividad simultánea multipunto, se necesitan un mayor desarrollo de estándares 5G, productos de cumplimiento e infraestructura para respaldar estas capacidades.
Las configuraciones de prueba de prueba de concepto usan nuevos algoritmos y 5G para resolver desafíos de control de procesos avanzados difíciles.
07 Prueba de concepto de tecnología de control remoto utilizando 5G
Si bien POC es un paso prometedor, se necesitan más pruebas para desarrollar un valor comercial claro para las soluciones industriales 5G. Una posible solución es implementar dispositivos de bordes de comunicación inalámbricos de alta velocidad en fábricas y utilizar la tecnología de IA autónoma basada en la nube para controlar los dispositivos en tiempo real.
08 5 g y control autónomo basado en la nube ai
Se espera que la combinación de FKDPP y Cloud con 5G, que ofrece baja latencia y la capacidad de conectar muchos dispositivos, se convierta en la tecnología central para lograr un control autónomo industrial.
Muchas industrias están comenzando a considerar el uso de tecnología de comunicación inalámbrica 5G para acelerar la transformación digital. La alta confiabilidad, la baja latencia y la capacidad de conectar múltiples dispositivos simultáneamente son críticas para las aplicaciones industriales. Para lograr una gama más amplia de aplicaciones, es necesario mejorar continuamente el estándar 5G, proporcionar productos e infraestructura de cumplimiento más maduros, y mostrar a los usuarios las ventajas y el valor únicos aportados por 5G.