Tự động hóa công nghiệp, được thúc đẩy bởi robot (tự động), trí tuệ nhân tạo và mạng lưới cảm biến kết nối thông qua internet vạn vật công nghiệp, mang lại hiệu quả, chất lượng và tính linh hoạt vượt trội. Tuy nhiên, để triển khai các công nghệ này trong nhà máy, cần tiến hành nâng cấp toàn diện cơ sở hạ tầng mạng có dây hiện tại.
Tương lai tự động hóa công nghiệp với mạng không dây
Trong bốn thập kỷ qua, các công ty đã dựa vào công nghệ Ethernet mạnh mẽ để quản lý máy móc công nghiệp. Nhưng mặc dù mạng dựa trên Ethernet cung cấp băng thông và tốc độ dồi dào, chúng đi kèm với một nhược điểm lớn: Với dây cáp chạy khắp nơi, việc thích ứng với các yêu cầu thay đổi nhanh chóng của khách hàng và nắm bắt khái niệm về bố cục nhà máy động là cực kỳ khó khăn.
Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể tạo ra một mạng không dây xác định được thiết kế riêng cho các trường hợp sử dụng Công nghiệp 4.0? Một mạng có hiệu suất được đảm bảo, có thể dự đoán kết hợp độ tin cậy và độ trễ thấp của mạng có dây với tính linh hoạt của các giải pháp không dây để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và tối đa hóa hiệu quả?
Thách thức: xây dựng mạng không dây đáng tin cậy, độ trễ thấp cho sản xuất linh hoạt
Trong những năm gần đây, công nghệ Wi-Fi đã trở thành một lựa chọn phổ biến để đáp ứng nhu cầu giao tiếp (dữ liệu) không dây trong các nhà máy. Thông lượng cao, kết hợp với sự dễ dàng và hiệu quả về chi phí trong việc bảo trì và cấu hình lại các điểm truy cập, khiến nó trở thành một lựa chọn triển khai hấp dẫn. Khả năng thích ứng này, điều mà công nghệ Ethernet thiếu, đặc biệt quan trọng trong môi trường sản xuất linh hoạt, nơi các loại sản phẩm, yêu cầu và số lượng — cũng như bố cục nhà xưởng — thường xuyên thay đổi.
Tuy nhiên, có một nhược điểm: Việc triển khai Wi-Fi hiện tại, giống như các công nghệ không dây khác, còn thiếu sót trong việc mang lại độ tin cậy cao và độ trễ cực thấp.
OpenWiFi cung cấp một giải pháp giao tiếp không dây đáng tin cậy
Tận dụng cơ sở hạ tầng rộng lớn đã được cài đặt và tính linh hoạt vốn có của công nghệ Wi-Fi, các nhà nghiên cứu tại IDLab, một nhóm nghiên cứu imec liên kết với Đại học Ghent và Đại học Antwerp ở Bỉ, đã phát triển một ngăn xếp mạng ứng dụng-tới-lớp vật lý dựa trên OpenWiFi để giao tiếp không dây xác định. Cách tiếp cận của họ hỗ trợ hoạt động mạnh mẽ trong cả băng tần công nghiệp, khoa học và y tế và băng tần tần số được cấp phép và kết hợp độ tin cậy và độ trễ thấp của mạng có dây với tính linh hoạt của các giải pháp không dây.
Phát hiện & tránh các nguồn gây nhiễu bên ngoài thông qua giảm thiểu nhiễu
Giải pháp của Imec có khả năng giảm thiểu nhiễu chủ động, giúp cải thiện độ tin cậy của mạng. Hoạt động như một máy phân tích phổ phân tán, mỗi nút không dây có thể phát hiện và tránh nhiễu từ các công nghệ cạnh tranh. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu (xác định trước) băng tần tần số theo cách thủ công, một quy trình tẻ nhạt phải được lặp lại với mỗi lần cài đặt mới. Thay vào đó, các thiết bị tự động quản lý nhiễu, cho phép triển khai plug-and-play.
Để đạt được điều này, các nhà nghiên cứu imec đã phát triển một đài phát thanh tùy chỉnh với băng cơ sở và ngăn xếp mạng hoàn toàn không phụ thuộc vào tần số. Điều này cho phép các nút truy cập phân tích phổ một cách độc lập trong thời gian thực và chọn động khe truyền tối ưu trong vòng mili giây, mà không cần bất kỳ kế hoạch hoặc cấu hình trước nào.
Hơn nữa, ở lớp vật lý, việc triển khai mới hỗ trợ các kênh 5, 10 và 20 MHz. Mặc dù điều này làm giảm nhẹ dung lượng mạng, nhưng nó mang lại sự linh hoạt cao hơn trong miền tần số, cải thiện hơn nữa khả năng giảm thiểu nhiễu của công nghệ.
Hỗ trợ điều chỉnh động cho ngăn xếp mạng để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS)
Một tính năng quan trọng khác là API lớp ứng dụng cho phép giao tiếp liền mạch giữa các ứng dụng công nghiệp và ngăn xếp mạng. Điều này cho phép ngăn xếp tự động thích ứng với băng thông, độ trễ và yêu cầu độ tin cậy của từng loại gói cụ thể.
Ví dụ: nếu ứng dụng truyền tệp yêu cầu băng thông 10 Mbps (và không có gì khác), hệ thống sẽ chỉ mặc định là chiều rộng kênh 20 MHz tiêu chuẩn — mà không cần thực hiện bất kỳ biện pháp QoS bổ sung nào. Nhưng nếu việc điều khiển cánh tay robot yêu cầu độ trễ cực thấp và độ tin cậy cao, ngăn xếp sẽ tự động cấu hình lại (trong thời gian chạy) để đáp ứng chính xác các yêu cầu của các gói đó.
Đảm bảo thiết lập, cấu hình đơn giản và dễ sử dụng
Kiến trúc hỗ trợ triển khai không chạm để thiết lập và cấu hình đơn giản — và được bổ sung bởi một nền tảng quản lý trực quan để dễ dàng kiểm soát, giám sát và phản hồi.
Để đảm bảo trải nghiệm người dùng tối ưu, hệ thống cung cấp phản hồi trong thời gian thực nếu không thể thực hiện luồng hoặc cài đặt lớp ứng dụng. Ví dụ: nếu yêu cầu độ tin cậy 99,9999% nhưng không thể đáp ứng, người dùng sẽ được thông báo ngay lập tức và cung cấp các giải pháp tiềm năng. Những thông tin chi tiết này được truyền đạt ngay lập tức và không yêu cầu bất kỳ chuyên môn đặc biệt nào từ phía người dùng.
Con số: độ trễ 2 ms (giới hạn) và tỷ lệ thành công gói tin 99,999%
Thị trường tự động hóa công nghiệp có xu hướng bảo thủ, với các công ty chỉ áp dụng các giải pháp mới nếu chúng không làm gián đoạn các quy trình hiện có. Đối với những công ty này, không phải công nghệ quan trọng mà là số liệu hiệu suất thực tế.
Để chứng minh tiềm năng của phương pháp tiếp cận của họ, các nhà nghiên cứu imec đã thử nghiệm nghiêm ngặt trong các môi trường có yêu cầu cao. Ngay cả trong điều kiện khó khăn với sự cạnh tranh đáng kể về băng thông, họ đã đạt được tỷ lệ thành công gói tin là 99,999% (tương đương với độ tin cậy năm số 9) — và đang nhắm mục tiêu sáu số 9 trong tương lai.
Ngoài ra, hệ thống đã chứng minh độ trễ giới hạn đầu cuối là 2 ms, với tiềm năng giảm hơn nữa. Điều này là quá đủ cho hầu hết các ứng dụng tự động hóa công nghiệp, chẳng hạn như xe tự hành, thường hoạt động với độ trễ (xác suất) là 16 ms.
Tham khảo thêm các thông tin thú vị với Insight, lựa chọn sản phẩm đo lường với TECOTEC và đừng quên tìm đến chúng tôi khi bạn cần các giải pháp cho doanh nghiệp của mình!
