Jaką rolę odegra LoRa w inteligentnych fabrykach w 2023 roku?
Wraz z rozwojem Internetu rzeczy (IoT) pojawiło się wiele technologii komunikacji bezprzewodowej, takich jak Bluetooth, WLAN i LoRa. LoRa oznacza "Long Range" i umożliwia energooszczędną transmisję danych na duże odległości. Dlatego ta technologia bezprzewodowa jest szczególnie popularna w zastosowaniach w przemysłowym Internecie rzeczy (IIoT).
Technologia LoRa staje się coraz bardziej ugruntowana. O ile w 2022 roku było 470 milionów połączeń, to w 2023 roku będzie ich 730 milionów, jak podaje Statista. To wyraźnie pokazuje, jak ważna będzie LoRa dla branż IoT w tym roku.
"Urządzenia LoRa i sieć LoRaWAN® mają potencjał, aby rozwiązać niektóre z największych wyzwań naszych czasów - takich jak lepsze zarządzanie energią, zwiększona wydajność zasobów i ochrona środowiska, a także zrównoważona infrastruktura i lepsze zapobieganie katastrofom". Urządzenia LoRa firmy Semtech zebrały już dane w kilkuset znanych przypadkach użycia w inteligentnych miastach, budynkach, społeczności, systemach pomiarowych, łańcuchach dostaw i logistyce, rolnictwie itp. Z setkami milionów urządzeń podłączonych do sieci w ponad 100 krajach, LoRa tworzy inteligentniejszą planetę."
Jak działa technologia LoRa?
LoRa to opracowana przez firmę Semtech technika modulacji bezprzewodowej oparta na technologii Chirp Spread Spectrum (CSS). W tym procesie małe impulsy, tak zwane "chirp pulses", są rozłożone w dużym zakresie częstotliwości. Dzięki temu LoRa jest mniej podatna na zakłócenia.
Kolejną zaletą technologii LoRa jest to, że w przeciwieństwie do WLAN, Bluetooth czy ZigBee może przesyłać dane na większą odległość, a także charakteryzuje się niskim zużyciem energii. Dlatego LoRa dobrze nadaje się do czujników i urządzeń wykonawczych, które wymagają niskiego zużycia energii.
Oprócz wolnych od licencji zakresów częstotliwości sub-GHz, takich jak 915 MHz, 868 MHz i 433 MHz, LoRa może również pracować na częstotliwości 2,4 GHz w celu szybszej transmisji danych. Jednak zasięg nie jest wtedy tak duży. Częstotliwości te należą do ogólnoświatowych pasm ISM, które są wykorzystywane wyłącznie do zastosowań przemysłowych, naukowych i medycznych.
Podczas gdy LoRa opisuje jedynie warstwę fizyczną, która umożliwia przesyłanie małych ilości danych na duże odległości, LoRaWAN definiuje standardowy protokół komunikacyjny i architekturę systemu dla sieci. Pozwala to na określenie czasu pracy baterii węzła, przepustowości sieci, jakości usług, bezpieczeństwa oraz aplikacji obsługiwanych przez sieć.
Czym jest LoRaWAN?
Organizacja LoRa Alliance opracowała LoRaWAN, otwarty, oparty na chmurze standard, który ułatwia komunikację urządzeń bezprzewodowych. Zasadniczo LoRaWAN łączy sieci z technologią bezprzewodową LoRa i dodaje funkcje bezpieczeństwa, takie jak uwierzytelnianie węzłów i szyfrowanie danych. Bezprzewodowo łączy przenośne urządzenia elektroniczne z internetem w sieciach lokalnych, regionalnych i międzynarodowych.
Specyfikacja LoRaWAN to standard, który przede wszystkim umożliwia płynną integrację urządzeń pochodzących od różnych producentów. Między innymi z tego powodu nastąpiło przyspieszenie adopcji technologii LoRa w sektorze IoT.
Według LoRa Alliance, obecnie istnieje 181 operatorów sieci LoRaWAN rozmieszczonych na całym świecie. Do 2026 roku LoRa ma stanowić ponad jedną czwartą połączeń sieci LPWA, co czyni ją wiodącą niekomórkową technologią LPWA - wynika z danych ABI Research.
Jak więc działa LoRaWAN?
Architektura LoRaWAN składa się z czterech komponentów:
● Węzeł końcowy
● Brama
● Serwer sieciowy
● Serwer aplikacji
● Węzeł końcowy
Węzły końcowe to urządzenia znajdujące się na brzegu sieci. Często są wyposażone w czujniki, które zbierają dane w regularnych odstępach czasu. Zwykle są to mikrokontrolery małej mocy, które mogą być używane w terenie przez wiele lat bez konserwacji i są wyposażone w nadajnik LoRa małej mocy, który przekazuje pakiety danych do bramy.
● Bramki
Bramki służą jako interfejs pomiędzy siecią a węzłami. Za pomocą koncentratora LoRa dane mogą być zbierane z węzłów końcowych i przesyłane do serwera sieciowego za pośrednictwem publicznej lub prywatnej infrastruktury sieciowej.
● Serwer sieciowy
Serwer aplikacji odbiera wszystkie dane, które chmurowy serwer LoRa konsoliduje po odebraniu ich z bramek. Doskonałym przykładem serwera sieciowego jest Things Network (TTN).
● Serwer aplikacji
Za pomocą serwera aplikacji można ocenić dane wizualnie lub analitycznie. Można również zintegrować punkty danych z platformą w celu wykonania określonych działań, takich jak włączanie pomp wody deszczowej w rolnictwie lub otwieranie okien w szklarniach w celu utrzymania określonego poziomu wilgotności. Można nawet skonfigurować usługi powiadamiania, aby powiadomić inżynierów o wystąpieniu problemu.
Przypadki użycia obejmują inteligentne narzędzia, inteligentne miasta, inteligentne domy i budynki, inteligentną opiekę zdrowotną, inteligentne łańcuchy dostaw i logistykę, inteligentne środowisko, inteligentne rolnictwo i inteligentną kontrolę przemysłową. Źródło: Semtech.
Dlaczego inteligentne fabryki stawiają na LoRa?
Inteligentne fabryki skupiają się na podejściu opartym na danych, aby zarządzać swoimi aktywami, usprawniać procesy i wykrywać wszelkie problemy. Odbywa się to za pomocą sieci maszyn, urządzeń i komunikacji. LoRa i LoRaWAN mogą sprawić, że inteligentne fabryki będą bardziej wydajne i produktywne dzięki dużemu zasięgowi i niskiemu zużyciu energii. Zapoznaj się z niektórymi z wielu sposobów, w jakie LoRa może poprawić i usprawnić codzienne procesy pracy:
● Monitorowanie instalacji i urządzeń.
Wykorzystanie danych telemetrycznych i geolokalizacyjnych w przemysłowym rozwiązaniu IoT zapewnia jasny obraz wydajności aktywów. W środowiskach IT i technologii operacyjnych czujniki poprawiają wgląd w przestrzenie fizyczne. Aby zwiększyć wydajność operacyjną, ograniczyć kradzieże i zoptymalizować logistykę, dane geolokalizacyjne można wykorzystać do śledzenia i monitorowania aktywów oraz ich lokalizacji.
● Monitorowanie środowiska
Czujniki LoRaWAN mogą być wykorzystywane do pomiaru temperatury i wilgotności, stanu zamkniętych/otwartych drzwi, poziomu oświetlenia i zajętości pomieszczeń. Prywatne dane są odzyskiwane przez sieć LoRaWAN i przesyłane do systemu SCADA w celu wizualizacji i archiwizacji.
● Automatyzacja fabryki
Sieciowanie danych Modbus za pomocą prywatnej sieci LoRaWAN pozwala na pobieranie danych z odległych zakładów wyposażonych w inteligentne czujniki, nawet jeśli są one oddalone o wiele kilometrów i oddzielone budynkami lub ścianami. Dzięki temu ręczne metody pobierania danych i kosztowne okablowanie, które często wprowadzają błędy do systemów, należą do przeszłości.
● Inteligentne zarządzanie przemysłowe
Czujniki mogą być wykorzystywane do zdalnego monitorowania sprzętu i pojazdów w celu zarządzania zasobami. Obejmuje to kontrolę zasilania, odczyty temperatury, wodomierze i odwadniacze na ciężkim sprzęcie, takim jak wózki widłowe, ciężarówki, cysterny z olejem napędowym, koparki i betoniarki.
● Monitorowanie poziomu CO2
Korzystając z LoRaWAN i opartych na LoRa czujników CO2 rozmieszczonych w budynkach biurowych i miejscach pracy, można monitorować wentylację, zapewnić odpowiednie światło naturalne, kontrolować poziom hałasu i poprawić inne elementy dobrego samopoczucia pracowników.
Monitorowanie maszyn
Korzyści z technologii LoRa dla inteligentnych fabryk
Dla każdej inteligentnej fabryki i inteligentnej produkcji wymagane są różne priorytety. Dlatego rozwiązanie LoRa można rozszerzyć, aby spełnić każdy wymóg. Korzyści z LoRa dla inteligentnych fabryk obejmują:
● Wzrost wydajności operacyjnej.
● Lepsze zaprojektowanie miejsca pracy.
● Większa ochrona środowiska dzięki mniejszej emisji CO2.
● Oszczędność kosztów i energii.
● Identyfikacja potencjalnych wad i zagrożeń.
● Maksymalne wykorzystanie personelu i zasobów.
Zalety wykorzystania sieci LoRaWAN w inteligentnych fabrykach
● Duży zasięg
● Niskie zużycie energii
● Niski koszt
● Zdalna konfiguracja
● Bezprzewodowe zbieranie danych bez plątaniny kabli
● Tolerancja opóźnień z sugerowanym interwałem raportowania
FAQs
Czy LoRa jest szybsza niż WLAN?
LoRa i WLAN są wykorzystywane do różnych celów. Podczas gdy technologia WLAN może szybko przesłać duże ilości danych na niewielką odległość, LoRaWAN przesyła małe ilości danych kilka razy na godzinę lub na dzień na odległość kilku kilometrów.
Czy LoRa działa bez połączenia z Internetem?
Jedynym kanałem komunikacyjnym, którego potrzebuje węzeł LoRaWAN jest sieć LoRaWAN. Jednak brama wymaga usługi w chmurze, takiej jak TTN (The Things Network).
Czy LoRa może przenikać przez budynki?
Tak, LoRa może przenikać przez metal, beton i szkło, w przeciwieństwie do WLAN, więc budynki czy ściany nie są przeszkodą dla tej technologii.
Jaki jest zasięg LoRa?
Na terenach zabudowanych LoRa może osiągnąć zasięg do pięciu kilometrów, a na terenach wiejskich do 15 kilometrów lub więcej.
Czy LoRa działa również pod ziemią?
Tak, dzięki dużemu zasięgowi i dobrej penetracji, technologia LoRa może być również stosowana pod ziemią (np. w górnictwie).