Il wireless nell’industria

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Antenne, repeater, adattatori, ricevitori, software e accessori per la comunicazione senza fili in ambito industriale

I progressi nella velocità della rete wireless e la riduzione della latenza hanno modificato radicalmente la comunicazione. La tecnologia cellulare wireless è passata dal 3G, con una velocità di 20 Mbps negli anni 2000, al 5G con una velocità fino a 20 Gbps oggi, con progressi generazionali che avvengono circa ogni decennio. Le ultime tre specifiche wi-fi sono state rilasciate a circa 5 anni di distanza, con wi-fi 4 che consente velocità di download di 600 Mbps e wi-fi 6 che arriva a 9,6 Gbps: questo drammatico aumento della velocità di comunicazione wireless ha consentito di implementare le reti wireless a livello di stabilimento, per esempio nel settore automobilistico, per effettuare analisi diagnostiche avanzate e offrire connettività remota a macchine come i pallettizzatori negli impianti di imballaggio, e alla strumentazione, per esempio, in giacimenti di petrolio e gas, per il monitoraggio remoto a supporto della manutenzione. La comunicazione wireless è ora una soluzione praticabile anche per l’automazione, in particolare grazie alla disponibilità di opzioni di rete privata e ibrida per il 5G. Il 5G è una tecnologia che può aiutare ad abbattere le barriere tradizionali tra IT e OT, collegando i dispositivi e i dati associati a sistemi di livello superiore, incluso il cloud, per l’analisi e il controllo. A differenza delle generazioni precedenti di tecnologia mobile, il 5G è progettato per andare oltre la semplice connessione di telefoni cellulari; include funzioni quali QoS (Qualità del Servizio) per la definizione delle priorità dei messaggi, la possibilità di essere utilizzato per la realtà aumentata e la realtà virtuale (AR/VR) e persino per il controllo in tempo reale dell’automazione. Infatti, la 5G-Acia (Alliance for Connected Industries and Automation) sta lavorando per consentire l’utilizzo del 5G in un numero sempre maggiore di applicazioni di automazione industriale.

I vantaggi del 5G nell’industria

Fra i potenziali vantaggi offerti dal 5G alle applicazioni industriali figurano: la possibilità di connettere macchine discrete e skid di processo per scopi di gestione dello status e manutenzione 24 ore su 24, 7 giorni su 7; connettività diretta di sensori per la misura delle vibrazioni e della temperatura; il controllo della macchina e di apparecchiature di processo remote. La possibilità di avere un accesso remoto costante consente di popolare dashboard operative con informazioni critiche sullo stato della macchina, il che può semplificare l’individuazione di un problema; tale consapevolezza può consentire una risoluzione più rapida e quindi a costi inferiori dell’anomalia. Fra i dispositivi che possono essere connessi con il 5G figurano i veicoli a guida automatizzata (AGV), che possono trasportare componenti e prodotti finiti in fase di produzione, in un impianto, o essere impiegati in applicazioni di automazione standard, come il cambio-utensili. Tuttavia, vi sono ancora sfide da risolvere riguardanti l’elevata quantità di rumore elettrico e riflessi provenienti da apparecchiature metalliche, come i bracci robotici in movimento. Alcune potenziali soluzioni alle interferenze indesiderate sono costituite dalla tecnologia MiMo (Massive Multiple In Multiple Out), che fornisce un gran numero di antenne 5G da una singola stazione base, e CoMP (Coordinated Multi-Point), che fornisce MiMo su più stazioni base 5G per una maggiore copertura. Il 5G è progettato per connettersi a molti tipi diversi di dispositivi, riducendo al minimo il consumo di energia nei sensori alimentati a batteria con frequenze radio a banda bassa e al contempo la latenza per le apparecchiature di automazione con frequenze radio a banda alta. Le reti 5G private aprono, inoltre, la possibilità di trasportare dati da un utente a un dispositivo di edge computing, per l’elaborazione dei dati. Il valore di questo approccio è che il dispositivo dell’utente può essere molto più leggero, poiché non richiede una batteria pesante per supportare le capacità di elaborazione integrate. Un caso d’uso esemplare è costituito dalla realtà aumentata (AR): l’utente può essere dotato di un dispositivo indossabile che gli consente di accedere allo stato dei dispositivi e alle istruzioni di manutenzione collegate alle apparecchiature dell’impianto. In questo modo, è possibile ridurre sia i requisiti di formazione degli operatori, sia il tempo necessario per riparare le apparecchiature. Le reti 5G sono in grado di svolgere il compito di più reti specializzate attraverso una tecnologia chiamata ‘network slicing’. Porzioni di una rete possono essere ottimizzate per un’applicazione specifica e funzionare in modo indipendente. Queste sezioni possono essere più efficienti se adattate esattamente a ciò che devono realizzare. Il network slicing può suddividere una rete in modo simile alle reti locali virtuali (Vlan). Oggi, il 5G offre la possibilità di abilitare la convergenza IT-OT con una connessione diretta dai sensori o alla diagnostica delle macchine verso sistemi di livello superiore, di controllo, supervisione e acquisizione dati (Scada), sistemi di gestione della manutenzione (Cmms), pianificazione delle risorse aziendali (ERP) e ambienti cloud, per l’analisi dei dati. Sebbene molte delle odierne applicazioni abilitate al 5G siano limitate, la situazione è destinata a cambiare man mano che verranno apportati ulteriori miglioramenti tecnologici per adattare il 5G all’automazione industriale, e verranno implementati ulteriori casi d’uso di successo. Le reti pubbliche 5G offrono costi inferiori, in quanto questi vengono condivisi con altri soggetti in una rete standard preconfigurata. Tuttavia, le reti 5G private sono ideali per l’uso industriale, garantendo livelli potenziali più elevati di personalizzazione, sicurezza e affidabilità delle applicazioni.

Il valore aggiunto con Ethernet/IP

La rete di comunicazione industriale Ethernet/IP permette la condivisione dei dati tra dispositivi e strumenti a livello applicativo del modello ISO/ OSI, utilizzando il protocollo CIP. Questo approccio di comunicazione dei dati tramite CIP, indipendentemente dal trasporto, dalla rete, dal collegamento dati o dai livelli fisici, rende possibile l’uso di diversi mezzi di trasmissione. Pertanto, Ethernet/IP può essere utilizzato su rame, fibra e in modalità wireless, per fornire agli utenti un elevato grado di flessibilità e per l’utilizzo in numerose applicazioni industriali. Inoltre, la sicurezza viene garantita nelle applicazioni wireless grazie al principio ‘gray channel’ (canale grigio), che richiede che i dispositivi di sicurezza dispongano di capacità di calcolo, intelligenza e diagnostica sufficienti affinché l’intera rete di comunicazione non abbia alcun impatto sulla capacità dei dispositivi di sicurezza di rilevare errori di comunicazione. Ciò significa che il mezzo di trasmissione fisica è solo un’altra parte del gray channel. Le soluzioni di sicurezza a livello applicativo, come l’estensione di rete CIP Safety per Ethernet/IP, sono in grado di fornire comunicazioni a prova di errore tra nodi quali blocchi I/O di sicurezza, interruttori di interblocco, barriere fotoelettriche e controller di sicurezza sia nell’automazione delle macchine, sia dei processi fino a SIL 3 secondo IEC61508.

A cura di Odva – www.odva.org

Allied Telesis

Nel settore industriale, efficienza e produttività sono fondamentali per rimanere competitivi e sono sempre più legate alle opportunità offerte dall’integrazione tra rete IT e reti OT, adottando tecnologia Ethernet come base comune e switch Industrial Ethernet come cuore delle reti dati. Un’opportunità per estendere la connettività anche ad apparati wireless è data dall’utilizzo di access point industriali come TQ6702e GEN2 di Allied Telesis (www.alliedtelesis.com/it/it), un access point wi-fi 6 progettato per l’installazione outdoor e per resistere in ambienti difficili, sottoposti ad alte interferenze elettromagnetiche. Il dispositivo mette a disposizione 3 radio indipendenti, fornendo grande flessibilità di connessione e molteplici opzioni di configurazione, in grado di soddisfare anche le esigenze più complesse. Grazie alla tecnologia ‘Channel Blanket’, è in grado di utilizzare un solo canale radio per tutti gli access point, eliminando i problemi di interferenze e fornendo una connessione senza interruzioni. Ambienti con forti ‘rumori’, magazzini in cui le merci in movimento creano diffusione dei segnali sempre nuovi, corridoi con riflessioni critiche non hanno impatto su Channel Blanket, che fornisce connessione ininterrotta ai dispositivi e l’affidabilità di cui le reti industriali hanno bisogno. Dunque, TQ6702e GEN2 offre una connessione stabile e affidabile, garantendo una comunicazione senza interruzioni tra i dispositivi in ambienti industriali di qualsiasi tipo.

Cambium Networks

Cambium Networks (www.cambiumnetworks.com/it) annuncia la prossima evoluzione del wi-fi con il lancio del nuovo access point wi-fi denominato 7 X7-35X, una soluzione tri-radio, tri-banda 2+2+2, alimentata dalla piattaforma di Qualcomm Technologies, che offre la più recente tecnologia wi-fi per fornire performance elevate e un valore elevato, come parte della soluzione complessiva ONE Network di Cambium per le aziende. L’access point X7-35X offre un rapporto qualità-prezzo di riferimento nel settore, consentendo a clienti di ogni tipo di beneficiare della velocità, della latenza e dell’affidabilità della connessione wi-fi 7. Le caratteristiche salienti di X7-35X includono: elevato throughput, bassa latenza, capacità ed efficienza migliorate, compatibilità con le versioni wi-fi precedenti, facilità d’uso. Chris DePuy, analista tecnologico e co-fondatore del 650 Group, ha commentato: “Il wi-fi 7 sta ridefinendo gli standard di comunicazione wireless. Grazie a velocità senza precedenti, bassa latenza e maggiore efficienza, è pronto a rivoluzionare i settori industriali, aprendo un nuovo mondo di possibilità per la connettività senza soluzione di continuità e le applicazioni avanzate”.

Digikey

Digikey (www.digikey.it) propone diverse soluzioni per la trasmissione wireless in ambito industriale. Per esempio, l’antenna omnidirezionale per stazioni base per impiego gravoso BOA9025 di Pctel presenta un design robusto e resistente, per cui è ideale per l’impiego in ambienti dove non sono ammessi compromessi in termini di durata e affidabilità a lungo termine, come l’ambito utility/smart grid, PTC (controllo della circolazione dei treni), controllo e monitoraggio remoti, agricoltura di precisione e militare/difesa. L’antenna è dotata di un array lineare, incapsulato in un robusto radome in vetroresina grigia stabile ai raggi UV, e supporta un intervallo di temperatura operativa da -40~85 °C. La finitura anodizzata con rivestimento duro sulla base dell’antenna e sulle staffe di montaggio ne garantiscono una durata prolungata, così come la minuteria di montaggio zincata. Il tappo di scarico mobile permette il montaggio in posizione verticale o rovesciata e opzionalmente su pali di servizio in legno, cemento o compositi. Infine, il prodotto offre prestazioni stabili in termini di patterning e guadagno senza necessità di messa a punto sul campo. Le versatili antenne DAS per ambienti interni ed esterni di Pulse Electronics, una società di Yageo, invece, sono destinate alle organizzazioni e agli enti di pubblica sicurezza. Coprono varie frequenze, tra cui UHF, Tetra, VHF, 5G FR1/4G LTE e wi-fi 6E; contribuiscono alla funzionalità della rete aumentando la velocità di trasmissione dati e migliorando la connettività degli utenti, nel rispetto dei rigorosi requisiti di intermodulazione passiva (PIM). Sono ideali per le reti 5G sub-6 GHz, come banda C, Cbrs e LAA, e sono caratterizzate da un profilo ultra-ribassato, una classificazione PIM ottimizzata inferiore a -163 dBc; un facile montaggio a soffitto e varie certificazioni di sicurezza le rendono ideali per soluzioni di comunicazione wireless affidabili. Infine, i moduli radio IoT industriali 802.11ac Wave 2 di Pctel sono caratterizzati da un basso consumo energetico e un fattore di forma compatto, per cui sono ideali per l’integrazione in piattaforme IoT wireless. Costruiti con un fattore di forma mini card standard e un’interfaccia mini PCIe standard, sono caratterizzati da specifiche di classe enterprise reali con un’elevata potenza di uscita TX e il supporto di tutte le definizioni di canale 802.11ac, compresi i canali a 80 MHz.

EFA Automazione

Il modulo per la connettività wireless Anybus Wireless Bolt IoT di HMS Networks (www.hms-networks.com), distribuito in Italia da EFA Automazione (gruppo Relatech – www.efa.it), rappresenta la soluzione perfetta per il monitoraggio e il controllo a distanza di impianti, macchine e dispositivi industriali dislocati in siti remoti, poiché, tramite i protocolli NB-IoT e CATM1, fornisce un’affidabile connettività Internet cellular-based e permette di collegare anche gli asset più difficili da raggiungere. Il dispositivo è dotato di tutti gli elementi necessari per mettere in comunicazione le risorse fisse o mobili tramite connessione cellulare. Disponibile per montaggio su macchina con foro di diametro M50, è dotato di un involucro robusto IP66/IP67 certificato UL Nema 4X, che lo rende adatto all’esterno, di un’antenna cellulare integrata con modem, un microcontroller e un firewall. Una porta Ethernet integrata ne permette la connessione alla corrispondente porta Ethernet dell’asset. La configurazione avviene tramite web server integrato o inviando comandi Rest tramite la porta Ethernet. Una volta effettuata la configurazione, l’access point Wireless Bolt IoT sarà in grado di trasferire i dati dalla macchina alla connessione Internet cellulare utilizzando protocolli basati su TCP/UDP. Anybus Wireless Bolt IoT comunica usando i più recenti standard LTE NBIoT e CAT-M1 con fallback 2G (Gprs/Edge), il che ne permette la distribuzione quasi ovunque nel mondo. Uno spazio per SIM card a bordo consente di connettere i dispositivi alle reti di qualsiasi operatore. Grazie alla modalità ‘Low Power’, infine, l’access point entra in uno stato di risparmio energetico quando non vi è trasferimento dati, il che permette di ridurre al minimo le dimensioni e la potenza della batteria.

Moxa

La serie CCG-1500 di gateway industriali cellulari 5G privati, proposta da Moxa (www.moxa.com), è progettata per fungere sia da convertitore multimediale, sia da convertitore di protocollo. Il convertitore multimediale include porte da 5G a Ethernet e da 5G a seriale, che possono essere utilizzate per reti pubbliche e private. Il convertitore di protocollo è principalmente per la conversione Modbus TCP/RTU. L’interfaccia 5G può utilizzare Modbus TCP, mentre l’interfaccia seriale può elaborare Modbus RTU. La serie CCG-1500 è costruita attorno a un processore Qualcomm Snapdragon X55 Cortex-A7, ottimizzato per l’uso in scenari di conversione multimediale e ampiamente applicabile a una varietà di soluzioni industriali. Grazie alle opzioni di interfaccia flessibili, questo piccolo convertitore integrato è un gateway affidabile e sicuro per l’elaborazione dei dati nei siti sul campo, nonché un’utile piattaforma di comunicazione per implementazioni su larga scala. Sono disponibili modelli abilitati per 5G con ampio range di temperature operative, per applicazioni in ambienti sfidanti. Tutte le unità vengono accuratamente testate in una camera di prova, garantendo che le piattaforme informatiche abilitate al 5G siano adatte a qualsiasi tipologia di applicazione.

Omron

RT1-series di Omron (https://industrial.omron.it/it/home), con tecnologia Secomea, è un gateway industriale sicuro ed efficiente, montabile su DIN, che si installa nei pannelli di controllo delle macchine per fornire accesso remoto ai fini della manutenzione on-demand e in tempo reale delle apparecchiature industriali. Si configura come una soluzione ‘chiavi in mano’, che consente azioni correttive a distanza senza dover ricorrere a interventi in loco costosi, dispendiosi in termini di tempo e anche poco sostenibili, a causa dei continui spostamenti richiesti per le riparazioni. Gli utenti possono visualizzare e controllare le interfacce, eseguire a distanza la ricerca guasti delle apparecchiature e installare gli aggiornamenti. Fra le principali caratteristiche e vantaggi di RT1-Series figura un firewall integrato con certificato di sicurezza.

Rfid Global

Pad reader antenna 74 è il nuovo dispositivo Rfid operativo in banda HF di Rfid Global (gruppo Softwork – www.rfidglobal.it) per la trasmissione dati contactless, proposto in 3 versioni: reader con antenna integrata, antenna standard o antenna schermata. Con una luce di rilevazione dati fino a 19 cm, il controller Rfid supporta tag ISO5693, ISO14443 e ISO18000-3 Mode 1; è connesso al laptop o al PC via USB e dispone di 3 luci LED (verde, rosso e blu) per un feedback ottico di lettura, che simboleggiano lo stato del dispositivo: ‘Run’, ‘Tag Detect’ o ‘Error Information’. Dotato di un design moderno dalla forma piatta, il reader è ideale per applicazioni da banco, tra cui retail, biblioteche e uffici per tracciare libri e documenti, oltre al controllo accessi e identificazione di card per abilitare l’utente a precise operazioni. La padantenna standard può essere connessa a un reader Rfid in banda HF (come per esempio MR102 oppure LR1002) grazie al cavo coassiale in dotazione e raggiungere una distanza di lettura tag fino a 42 cm, mentre la pad antenna schermata rileva fino a 23 cm solamente gli oggetti posti sopra l’antenna ed esclude i tag posti al di fuori della ben definita area di rilevazione: è così risolto il problema dei falsi positivi, anche in presenza di superfici metalliche e conduttive o contesti industriali.

Seneca

Il dispositivo R-GWR è un sistema di interfaccia e misura di parametri industriali, civili o ambientali sviluppato da Seneca (www.seneca.it), che crea una rete di sensori remoti connessi con tecnologia radio LoRa (863- 865 MHz), accessibili tramite protocollo Modbus RTU/TCP-IP. R-GWR opera come un radio hub in grado di gestire fino a 32 sensori, ciascuno in grado di acquisire un segnale di temperatura/umidità integrato, un generico ingresso digitale/analogico (0-30 Vc.c.) da morsetto o in alternativa un contatore @16bit con frequenza massima 1 Hz. L’alimentazione dei sensori è fornita da batterie al litio (da 900 o 1.650 mAh) la cui durata può variare fino a un massimo di 36 mesi a seconda della configurazione d’uso. La trasmissione dei dati dal sensore al dispositivo avviene a tempo programmato, su evento e tramite pulsante di accoppiamento integrato. La tecnologia LoRa garantisce bassi consumi, durata maggiore delle batterie, potenze inferiori coinvolte, costi ridotti delle installazioni e dei sensori. La portata di comunicazione è dipendente dalle condizioni d’uso, tuttavia LoRa assicura una profonda penetrazione nelle aree urbane, rurali o indoor fino a raggiungere gittate di molti km. L’intervallo di aggiornamento minimo dei valori misurati è di 30 s. R-GWR supporta Ethernet e il protocollo Modbus TCP/IP per il collegamento con sistemi di telegestione e in generale fino a 8 nodi TCP/IP client. Lato Modbus RTU, R-GWR può connettersi con altri 128 nodi Modbus RTU slave; il dispositivo è facilmente programmabile tramite web server. Le applicazioni principali riguardano la trasmissione a distanza di misure industriali e civili, oltre che il monitoraggio di siti produttivi, ambienti, edifici industriali e residenziali.

SEW-Eurodrive Italia

La manutenzione predittiva mediante l’uso di sensori wireless a batteria rappresenta un’innovazione significativa nel campo della gestione delle attrezzature industriali. La soluzione APPredict di SEW-Eurodrive Italia (www.sew-eurodrive.it) consente di monitorare lo stato di salute e l’usura di motori e altri componenti (SEW o di terze parti), evitare i guasti e pianificare le operazioni di manutenzione solo quando necessarie, così da garantire la continuità dell’impianto. Con APPredict 2.0 la manutenzione predittiva diventa più efficiente, affidabile e smart. Le principali novità della nuova versione sono: la dashboard per la gestione di diversi livelli di account; la possibilità di osservare i trend con 2 anni di dati memorizzati nel cloud, monitorandone la stagionalità; la configurazione di più linee produttive con i relativi allarmi di linea e parametri di temperatura relativa. Una manutenzione più sostenibile, sia per la migliore esperienza d’uso dei professionisti, sia in termini di sostenibilità ambientale, contribuisce all’estensione della vita delle macchine e ottimizza l’uso delle risorse. Con questa soluzione, inoltre, la manutenzione diventa anche più smart: quando viene rilevata un’anomalia, la ricezione delle notifiche su un dispositivo fisso o su smartphone collega all’intera rete di servizi per veicolare la riparazione.

Siemens

Siemens (www.siemens.com/it/it.html) propone un ampio porftolio di antenne studiate per reti wireless in ambito industriale e logistico, collegabili sia a dispositivi Wlan client o access point sia a router o dispositivi radio per reti 4G/5G. Una delle ultime soluzioni rilasciate è l’antenna ANT897- 5PN, un’antenna MiMo con 4 elementi d’antenna che supporta le bande di frequenza radiomobile e Wlan da 2.300 a 7.200 MHz. Ciò significa che può essere utilizzata non solo nelle reti mobili 5G private, ma anche per le reti Wlan. Ha un guadagno d’antenna da 4 a 6 dBi (a seconda della gamma di frequenza utilizzata), 4 cavi integrati con connettori di tipo N femmina e grado di protezione IP69K. ANT897-5PN è omnidirezionale, il cui campo radio è concentrato attorno all’antenna, approssimativamente sotto forma di disco, il che aumenta la qualità della connessione radio. Attraverso i cavi prolunga per antenne dell’attuale portafoglio Simatic NET è poi possibile collegare l’antenna a un router 5G Scalance MUM85x-1 o al dispositivo radio 5G, oppure a dispositivi wireless Scalance WxM77x-1. Le applicazioni tipiche sono in infrastrutture wireless ad alte prestazioni tramite Wlan o 5G, per la navigazione ininterrotta degli AGV, o per monitoraggio dei dati con collegamenti diretti tra stazioni di una macchina di serie per il controllo di un processo. Le installazioni tipiche sono con montaggio a tetto, a soffitto o su veicoli.

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