Chặng cuối của công nghệ không dây: IO-Link Wireless và 5G 

Sự tồn tại của IO-Link Wireless và 5G

Ngày nay, các ứng dụng không dây đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Chúng ta lên xe vào buổi sáng và kết nối không dây điện thoại di động của mình với mọi hệ thống. Trong phòng họp, bộ phát tia được kết nối với máy tính xách tay qua điểm phát sóng Wi-Fi và cuộc họp qua điện thoại được tiến hành bằng tai nghe không dây. Trong khi đó, người dùng không còn lo lắng về việc các kết nối không dây này được thiết lập như thế nào và chúng có ổn định hay không. Chỉ khi kết nối bị gián đoạn do sự cố, họ mới xem xét kỹ hơn về công nghệ này.

Công nghệ không dây trong tự động hóa công nghiệp

Tuy nhiên, trong các môi trường công nghiệp, công nghệ không dây được đáp ứng với sự dè dặt lớn hơn nhiều, chủ yếu vì những người chịu trách nhiệm sản xuất cố gắng đạt được tính khả dụng của máy móc cao nhất có thể; thời gian chết máy thường đi kèm với chi phí cao. Tuy nhiên, ngược lại với giải pháp có dây, giao tiếp máy không thể được kiểm tra vật lý, điều đó có nghĩa là khả năng xảy ra lỗi nhanh chóng trở thành một thách thức. Ví dụ, có thể xảy ra xung đột của các gói với thông tin liên quan từ các gói khác trong cùng một dải tần, cũng như sự che chắn / phản xạ của các nút bởi các thành phần ở vùng lân cận. Trong cả hai trường hợp, điều này có thể dẫn đến sự cố liên lạc, sự cố điều khiển chỉ sau vài mili giây và cuối cùng là ngừng hoạt động của nhà máy. Trước đây, những vấn đề như vậy rất khó ngăn chặn bằng cách sử dụng các công nghệ không dây hiện có, thường là độc quyền. Trong ứng dụng này cũng cản trở rất nhiều đến việc áp dụng các thành phần không dây trong tự động hóa công nghiệp.

Do đó chính trong những tình huống này, cuộc gọi cho các ứng dụng không dây ngày càng lớn hơn. Điều bắt buộc ở đây là các tiêu chuẩn ngành cung cấp cho người dùng tính linh hoạt, tính đa dạng và khả năng mở rộng lớn nhất có thể. Các mạng không dây hiện tại không thể đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy, mật độ thiết bị, nỗ lực lắp đặt và kích thước vật lý, vì vậy chúng hiếm khi được sử dụng.

Thế hệ không dây mới

Một nghiên cứu được công bố gần đây với cuộc khảo sát đại diện của 50 chuyên gia quốc tế trong ngành của những nhà sản xuất công nghệ truyền thông công nghiệp HMS Networks cho thấy rằng các ứng dụng không dây để giám sát từ xa và điều khiển thiết bị từ xa đã trở thành hiện thực ngày nay và đã được hơn 54% số người được hỏi sử dụng, nghiên cứu. 48% cũng tuyên bố rằng họ tích cực về 5G và muốn sử dụng công nghệ này thay vì Wi-Fi không đáng tin cậy và các sản phẩm dẫn xuất công nghiệp khác nhau của nó. Tuy nhiên, trong bối cảnh của 5G (Giao tiếp cực kỳ đáng tin cậy và độ trễ thấp), một công nghệ không dây tiêu chuẩn hóa khác được gọi là IO-Link Wireless cũng nên được đề cập. Cả hai tiêu chuẩn cùng tồn tại sẽ tạo ra giá trị gia tăng lớn và thúc đẩy các lĩnh vực ứng dụng tương ứng với nhau.

IO-Link Wireless là một tiêu chuẩn được xác định đặc biệt cho tự động hóa nhà máy. Nó cung cấp một giao thức đáng tin cậy, thời gian thực và xác định cho các hệ thống điều khiển trong tự động hóa nhà máy công nghiệp. Nó bổ sung các liên kết truyền dẫn không dây đến các loại cáp có dây cổ điển trong các ứng dụng điều khiển công nghiệp, tăng tính di động và linh hoạt cũng như nâng cao thông tin liên lạc của nhà máy lên cấp độ tự động hóa tổng thể.

Song song đó, các công ty đang bắt đầu tung ra thị trường các sản phẩm và dịch vụ khác nhau dựa trên 5G như một phần của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Trong bối cảnh này, quá trình chuyển đổi 5G được thiết kế cũng phải mất vài năm, vì việc triển khai sản xuất yêu cầu các thông số kỹ thuật ổn định, triển khai ở cấp độ sản xuất và hệ sinh thái hỗ trợ trước khi có thể đạt được tính khả dụng rộng rãi.

Cân nhắc kỹ khi triển khai công nghệ không dây

Nếu một giải pháp truyền thông không dây được triển khai cho một máy, thì một số yếu tố chính phải được xem xét như sau:

• Đầu ra
• Độ trễ
• Ứng dụng
• Các thông số vật lý
• Phạm vi
• Chi phí
• Tính khả dụng của phổ tần số

Bảng dưới đây so sánh hai công nghệ trong công nghiệp: 5G (uRLLc) và IOLW. uRLLc (hiện tại bản phát hành 16) vẫn chưa được chấp nhận làm tiêu chuẩn áp dụng chung.

Trên thực tế, cả hai công nghệ đều có lý do chính đáng. Chúng bao gồm các lĩnh vực ứng dụng khác nhau trong công nghệ tự động hóa công nghiệp. Khi lướt qua kim tự tháp tự động hóa cho thấy, chúng cũng giải quyết các loại nút rất khác nhau trong từng trường hợp.

IO-Link Wireless chủ yếu dành cho các thiết bị hiện trường trong tự động hóa nhà máy đã giao tiếp qua IO-Link. Do đó, nó cũng là một giải pháp có thể hạn chế về mặt không gian, tức là, được sử dụng có chọn lọc và mở rộng quy mô để truyền tín hiệu của cảm biến chuyển mạch và thiết bị đo lường, cũng như của các thiết bị truyền động đơn giản hơn. Dữ liệu quy trình có kích thước <2 byte được xử lý và chuyển tiếp. Vì những thiết bị này thường có giá thành thấp hơn và được sử dụng với số lượng lớn, nên tổng chi phí của một hệ thống thường quyết định sự thành công của công nghệ mới. Ngoài ra, các thiết bị giao tiếp trực tiếp với bộ điều khiển thông qua một nút (IO-Link master), giúp kết nối ổn định và liên tục từ thiết bị chính đến thiết bị cần thiết, đây cũng là yêu cầu cao đối với các ứng dụng quan trọng về thời gian. IO-Link Wireless dựa trên công nghệ IO-Link tiêu chuẩn hóa (IEC 61131-9) và do đó, đáp ứng chính xác các yêu cầu này đồng thời cung cấp cùng độ ổn định truyền thông cao (Tỷ lệ lỗi gói 10-9) như phiên bản có dây. Ngoài ra, đây là một giải pháp linh hoạt và hiệu quả về chi phí có thể được nhúng vào cơ sở hạ tầng hiện có với các cảm biến và thiết bị truyền động đã sử dụng trước đây mà không tốn nhiều công sức.

Mặt khác, 5G được thiết kế như một phương tiện giao tiếp cho các nút trường có băng thông lớn hơn. Đây là một cơ sở hạ tầng mạng toàn diện được thiết kế cho mức độ truyền thông cao hơn. Ví dụ, công nghệ này không được thiết kế để phục vụ một khu vực ứng dụng có chọn lọc do chi phí cấp phép và đầu tư vào cơ sở hạ tầng. Nó thường sẽ được tìm thấy trong kim tự tháp tự động hóa ở cấp trường cao hơn, nơi các nút dựa trên Ethernet cũng được sử dụng, Ví dụ như liên quan đến giao tiếp giữa bộ điều khiển và hệ thống camera, động cơ servo, mô-đun fieldbus hoặc thậm chí truyền dữ liệu từ robot tới một cửa ngõ. Các thiết bị này thường được lắp đặt với số lượng ít hơn và do độ phức tạp của chúng, cũng có mức giá khác nhau, đó là lý do tại sao chi phí bổ sung cho cơ sở hạ tầng 5G của một môi trường sản xuất hoàn chỉnh ít đáng kể hơn.

Vì cả hai công nghệ đều phục vụ các trường hợp sử dụng khác nhau nên chúng rất phù hợp để được sử dụng trong một hệ thống kết hợp. Các dải tần số khác nhau (phụ thuộc vào quốc gia đối với 5G) cũng không gây nhiễu cho nhau, ngay cả khi chúng không tương thích trực tiếp. Mô-đun fieldbus có thể hoạt động như trung tâm của cả hai công nghệ, giao tiếp từ dưới lên qua IOLW và lên qua 5G. Do đó, IO-Link Wireless có thể cùng tồn tại hoàn toàn với bất kỳ mạng 5G nào. Các mạng này không mâu thuẫn với nhau và thậm chí sẽ bổ sung cho nhau, vì 5G tập trung vào các ứng dụng cao cấp với thông lượng dữ liệu cao hơn. Một bức tranh tương tự xuất hiện đối với các ứng dụng không dây trong lĩnh vực tiêu dùng, nơi Wi-Fi và Bluetooth hoạt động cùng tồn tại với nhau và chắc chắn có sự đồng hành của chúng.

Alexander Weber
Trưởng nhóm nghiên cứu “IO-Link Wireless”