La recente comparsa di nuovi paradigmi come Internet of Things (IoT) e Industry 4.0 sta portando a nuove sfide per l’infrastruttura di comunicazione wireless.

I pilastri della nuova industria 4.0 comprendono la sicurezza informatica, il cloud computing, l’analisi dei big data, l’integrazione orizzontale/verticale e l’uso di sistemi cibernetici, ovvero dispositivi che presentano una maggiore integrazione tra hardware e software rispetto ai loro predecessori.

I campi di applicazione IoT includono invece l’interfacciamento machine-to-machine (M2M), i protocolli di rete di sensori wireless che fungono da elementi chiave per lo scambio di dati tra sistemi cibernetici e SCADA. Un altro fattore abilitante è il cloud computing, che supporta la virtualizzazione dei processi e l’esternalizzazione dei servizi.

La comunicazione wireless avrà comunque un ruolo importante nell’abilitare i sistemi e le tecnologie di Industry 4.0. La sfida nella comunicazione wireless è la latenza quasi zero nella comunicazione tra sensori, attuatori e unità di elaborazione (sistemi di controllo, computer).

Fare la scelta giusta

Una tecnologia wireless offre tutte le caratteristiche e punti di forza che si adattano alle varie esigenze delle applicazioni industriali; e quindi, tecnologie wireless standardizzate WLAN, Bluetooth e IEEE 802.15.4, nonché un certo numero di tecnologie proprietarie possono essere tutte utilizzate. I requisiti principali potrebbero essere elevati throughput di dati, robustezza, bassa potenza (in particolare per dispositivi a batteria).


La tecnologia Bluetooth è utilizzata per Human Machine Interfacce (HMI), programmazione, assistenza/manutenzione e attività di controllo in tempo reale. Negli ultimi anni, altre tecnologie come ZigBee e Bluetooth a basso consumo sono diventate sempre più numerose impiegate per sensori, attuatori e altri piccoli dispositivi interconnessi. Wireless LAN (IEEE 802.11) è adatto per il monitoraggio, la configurazione e l’acquisizione di dati, ma può anche essere utilizzato per il controllo critico.

L’implementazione della LAN wireless in questi tipi di applicazioni richiede spesso soluzioni personalizzate e mezzi di installazione specifici (ad esempio, l’uso di costosi cavi di dispersione). La classica tecnologia Bluetooth è ideale per l’integrazione wireless di dispositivi di automazione in serie, fieldbus e reti Ethernet industriali. La tecnologia Bluetooth è specifica per dispositivi di piccole dimensioni con elevate esigenze in termini di consumo energetico.

Lo standard Bluetooth

In un ambiente industriale, è fondamentale mantenere il flusso di dati. Oggi le aziende devono essere completamente attrezzate per ricevere servizi anche in spazi ristretti. Avrebbero inoltre bisogno di interfacce per connettersi tra loro senza interruzioni e offrire coesistenza wireless senza interferenze. Inoltre, le aziende devono garantire che l’apparecchiatura sia veloce, precisa e conveniente. È in questo contesto che Bluetooth trova il favore popolare tra un assortimento di entità commerciali.

La tecnologia Bluetooth è altamente versatile e scalabile in cui i dispositivi possono cambiare i loro ruoli: uno slave può diventare un master e viceversa. Il Bluetooth industriale è abbastanza robusto da resistere a temperature, pressioni e vibrazioni critiche, rendendolo quindi adatto a ambienti difficili in cui altre forme di comunicazione digitale potrebbero non funzionare.

Bluetooth Low Energy Stack Protocol
Bluetooth Low Energy Stack Protocol

Nell’era di Industry 4.0, in cui le macchine devono essere in grado di comunicare tra loro e trasmettere i dati acquisiti dai sensori, diventa estremamente importante assicurare una comunicazione efficace, affidabile e sicura tra i dispositivi. Utilizzare tecnologie a bassissimo consumo energetico, come BLE, consente di introdurre l’uso di Beacon, piccoli trasmettitori wireless, in un ambiente di produzione e di implementare quindi un sistema di monitoraggio in tempo reale 24/24 davvero efficace. Nell’ambiente di produzione ricorrere all’utilizzo di sensori Bluetooth Low Energy può essere considerata un’alternativa efficiente all’installazione di reti cablate. Infatti, la tecnologia wireless consente di posizionare sensori e attuatori anche in aree industriali difficili da raggiungere con i cavi.

Bluetooth Mesh è uno sviluppo sostanziale per la connettività wireless industriale. Questa tecnologia rivoluzionaria aggiunge nuove funzionalità che vanno oltre le solite topologie “star” e “point-to-point”. Permette alle industrie di abilitare la connettività di decine o addirittura centinaia di nodi su un’ampia area attraverso molteplici applicazioni come l’illuminazione.

Le reti mesh Bluetooth sono reti decentralizzate che si basano interamente su numerosi router che si connettono tra loro e creano quindi una rete. Queste reti di comunicazione sono altamente affidabili, rendendosi adatte per diverse impostazioni aziendali.

ZigBee

Un esempio di applicazione ZigBee
Un esempio di applicazione ZigBee

ZigBee può essere considerato la versione a bassa potenza del Wi-Fi. È uno standard aperto che utilizza una tecnologia radio simile e opera nella stessa banda a 2,4 GHz disponibile in tutto il mondo. Trasmette anche attraverso pareti, pavimenti e mobili. Le grandi differenze sono la velocità dei dati e i requisiti di alimentazione. A causa del basso fabbisogno di energia di ZigBee, molti dispositivi non richiedono alcuna fonte di alimentazione. I dispositivi Zigbee, proprio come i dispositivi Wi-Fi, sono generalmente connessi a Internet tramite router, gateway o set-top box e, come tali, possono essere immediatamente controllati da qualsiasi altro dispositivo connesso a Internet – dal PC a app per tablet o smartphone e da qualsiasi luogo nel mondo. Poiché Zigbee è pienamente compatibile Wi-Fi, non è necessario avere un chip Zigbee nel PC, nel tablet o nello smartphone stesso per controllare i dispositivi Smart Home e IoT.

Il cuore del Mobile 5G al centro dell’Industry 4.0

Industry 4.0 dovrebbe essere uno dei principali casi di utilizzo del 5G in termini di potenziale aziendale per portare maggiore competitività ed efficienza per la produzione intelligente, manutenzione e controllo di qualità. Per migliorare la produttività, le imprese industriali devono essere in grado di operare a velocità più elevate, senza compromettere la qualità.

La bassa latenza, l’elevata capacità e le velocità gigabit di 5G potrebbero portare l’IIoT al livello successivo. 5G dovrebbe offrire connessioni con velocità di download medie di circa 1GBps (e più) che dovrebbero presto diventare una cosa comune.

A lungo termine, le performance del 5G contribuiranno a rendere la produzione sempre più flessibile, aumentando il livello di sicurezza e l’efficienza della fabbrica digitale. Le reti contribuiranno ad alimentare la diffusione dell’Internet of Things, fornendo il framework necessario per trasportare enormi quantità di dati, consentendo così un mondo più intelligente e più connesso.

Con il 5G, le aziende possono ampiamente aumentare il numero di sensori impiegati nella produzione e la frequenza di aggiornamento. I dati possono quindi essere analizzati da un cloud per garantire che le macchine funzionino a livelli ottimali. Questo può aiutare a ridurre il numero di guasti alle apparecchiature o interruzioni pianificate a causa di presunti malfunzionamenti.

Le reti 5G dovrebbero essere lanciate in tutto il mondo entro il 2020 lavorando in un primo step a stretto contatto con la tecnologia 4G esistente.

Maurizio Di Paolo Emilio

Dottore di ricerca in Fisica, Ingegnere delle telecomunicazioni e Giornalista Pubblicista. Ha lavorato in esperimenti per la rivelazione di onde gravitazionali (Esperimento LIGO/VIRGO: Premio Nobel 2017 per la Fisica) come progettista software/hardware, e in altri esperimenti scientifici per lo sviluppo di sensoristica. Collabora a vari progetti di ricerca con enti pubblici e università, e con aziende come progettista elettronico. Collabora inoltre con diversi magazine italiani ed internazionali come technical writer ed editor. E' autore di vari libri editi dalla Springer, oltre a numerose pubblicazioni scientifiche e tecniche.

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