Blog TDK - Specjaliści w dziedzinie Automotive

Jeszcze dekadę temu wizja fabryki pozbawionej kabli brzmiała jak science fiction. Automatyka przemysłowa była nierozerwalnie związana z przewodami, które łączyły czujniki, sterowniki, komputery i urządzenia wykonawcze. Przewaga komunikacji przewodowej była oczywista: gwarantowana niezawodność, minimalne opóźnienia i pełna deterministyczność transmisji. Jednak dynamiczny rozwój technologii bezprzewodowych, zwiększenie ich niezawodności oraz potrzeba elastyczności w projektowaniu nowoczesnych zakładów sprawiają, że bezkablowe podejście staje się coraz bardziej realne – i coraz częściej wdrażane.

Od twardego okablowania do inteligentnych sieci bezprzewodowych

Tradycyjne systemy automatyki przemysłowej opierały się na przewodach, których rozmieszczenie było kluczowym elementem projektowania każdej linii produkcyjnej. Instalacja tras kablowych wiązała się z wysokimi kosztami, koniecznością dokładnego planowania oraz brakiem elastyczności przy zmianach layoutu hali. Tymczasem technologie bezprzewodowe pozwalają budować infrastrukturę, która może być rekonfigurowana niemal w czasie rzeczywistym. Co więcej, dzięki rozwojowi standardów takich jak Wi-Fi 6, LoRaWAN czy Bluetooth Mesh, sieci bezkablowe zaczynają oferować jakość transmisji porównywalną – a w niektórych przypadkach nawet wyższą – od systemów przewodowych.

Wi-Fi 6 i 6E – stabilna komunikacja dla wymagających aplikacji

Nowoczesne sieci Wi-Fi, zwłaszcza w standardzie 6 i 6E, stały się realną alternatywą dla kabli Ethernet w zastosowaniach, które nie wymagają pełnej deterministyczności, ale oczekują wysokiej przepustowości i niskich opóźnień. Dzięki technologii OFDMA oraz lepszemu zarządzaniu ruchem w sieci, Wi-Fi 6 może obsługiwać dziesiątki urządzeń jednocześnie bez spadku jakości transmisji. Jest to idealne rozwiązanie m.in. dla urządzeń HMI, zdalnych interfejsów maszyn, tabletów operatorów czy monitoringu produkcji. Dodatkowo, Wi-Fi 6E, które wykorzystuje nowe pasmo 6 GHz, znacząco ogranicza ryzyko zakłóceń typowych dla zatłoczonych pasm 2,4 i 5 GHz, co zwiększa stabilność sieci nawet w trudnych warunkach przemysłowych.

LoRa i LoRaWAN – gdy zasięg i energooszczędność są ważniejsze niż szybkość

W środowiskach produkcyjnych rozproszonych na dużych przestrzeniach, gdzie dane są przesyłane rzadko, ale regularnie – idealnie sprawdza się technologia LoRa (Long Range). Dzięki bardzo niskiemu zużyciu energii i dużemu zasięgowi transmisji, czujniki oparte na LoRaWAN mogą działać na baterii przez kilka lat bez potrzeby serwisowania. Jest to rozwiązanie powszechnie stosowane w monitoringu warunków środowiskowych – temperatury, wilgotności, wibracji czy obecności gazów – wszędzie tam, gdzie instalacja kabli byłaby kosztowna lub niemożliwa. Choć przepustowość LoRa jest ograniczona, w wielu przypadkach przesyłanie małych paczek danych w ustalonych interwałach w zupełności wystarcza.

Bluetooth Mesh – gęsta sieć w dynamicznym środowisku

Bluetooth Mesh to technologia stworzona do działania w sieciach siatkowych, w których każde urządzenie pełni jednocześnie rolę odbiornika i przekaźnika sygnału. Dzięki temu sieć jest odporna na awarie pojedynczych węzłów i może obejmować znaczny obszar bez konieczności instalowania dodatkowej infrastruktury. Bluetooth Mesh świetnie sprawdza się w lokalizacji zasobów – takich jak narzędzia, wózki AGV czy komponenty w toku produkcji – ponieważ umożliwia komunikację nawet przy częstym przemieszczaniu się urządzeń. Jest także wykorzystywany do sterowania oświetleniem przemysłowym, sygnalizacją świetlną czy systemami BMS (Building Management Systems), zapewniając wysoką niezawodność przy niskim zużyciu energii.

5G w przemyśle – przemysłowa komunikacja przyszłości

Sieci 5G, zwłaszcza w wersji przemysłowej (private 5G), oferują możliwości, które wcześniej były zarezerwowane tylko dla systemów przewodowych. Ultra-niskie opóźnienia (poniżej 1 ms), bardzo wysoka przepustowość oraz niezawodność transmisji sprawiają, że 5G nadaje się do najbardziej krytycznych zastosowań: sterowania robotami w czasie rzeczywistym, obsługi pojazdów autonomicznych (AGV/AMR) czy wdrażania cyfrowych bliźniaków produkcji. Choć wdrożenie prywatnych sieci 5G wiąże się dziś z kosztami i koniecznością pozyskania kompetencji, coraz więcej zakładów testuje tę technologię w ramach pilotaży, przewidując, że w ciągu najbliższych lat stanie się ona nowym standardem.

Dlaczego firmy wybierają bezprzewodowe rozwiązania?

Zastąpienie części okablowania technologią bezprzewodową oznacza realne oszczędności. Koszty związane z układaniem tras kablowych, zakupem kabli przemysłowych, korytek, peszli i szaf rozdzielczych bywają bardzo wysokie – szczególnie w halach, które wymagają częstych modyfikacji układu linii. Rozwiązania bezkablowe pozwalają nie tylko na szybsze wdrożenia, ale także na łatwe dostosowanie systemów do zmieniających się potrzeb produkcji. Co więcej, dane można zbierać z miejsc dotychczas niedostępnych – np. z ruchomych elementów maszyn, obracających się platform, pojazdów czy trudno dostępnych przestrzeni.

Trudności i ograniczenia w praktyce

Choć technologia bezprzewodowa oferuje wiele korzyści, jej wdrożenie wymaga przemyślanego podejścia. W halach produkcyjnych często występują silne zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez silniki, falowniki czy spawarki. Ponadto gęstość metalowych konstrukcji, zbiorników i instalacji może powodować tłumienie sygnału lub jego odbicia. Skuteczne wdrożenie systemu bezprzewodowego wymaga odpowiedniego planowania topologii sieci, testów zasięgu oraz zastosowania urządzeń o wysokiej odporności na zakłócenia. Równie istotne jest bezpieczeństwo transmisji – dane przesyłane drogą radiową muszą być odpowiednio szyfrowane, a dostęp do sieci musi być kontrolowany przez wyspecjalizowane zespoły IT/OT.

Przykład wdrożenia – elastyczna linia montażowa

W jednej z europejskich fabryk produkujących sprzęt elektroniczny wdrożono bezprzewodową sieć opartą na Bluetooth Mesh i LoRaWAN do obsługi linii montażowej. Tradycyjne połączenia kablowe zastąpiono czujnikami i panelami komunikującymi się bezpośrednio z centralnym systemem MES. Efekty były natychmiastowe: czas potrzebny na przezbrojenie linii skrócono o ponad połowę, koszty związane z instalacją przewodów spadły o 40%, a dane produkcyjne stały się dostępne w czasie rzeczywistym dla działu planowania i jakości. Co więcej, sieć mogła być rozbudowywana bez ingerencji w infrastrukturę mechaniczną hali.

Produkcja bez kabli – jak integruje się systemy bezprzewodowe w zakładach przemysłowych