Dagens regler bremser utviklingen i bruk av trådløst utstyr i oljebransjen, og også i annen industri, skriver Trygve Harvei. (Bilde: colourbox)
Artikkelforfatter Trygve Harvei, ABB (Bilde: ABB)
Trådløse systemer for forbrukere vokser så raskt at myndighetene har innført regler for bruk. De reglene skaper hindringer for industriell bruk av 2.4 GHz-båndet. Her en arkeolog som bruker drone til å undersøke byggeplasser. FOTO: REUTERS (Bilde: MARIANA BAZO)
I prosessindustri er det ofte krav til svært kort responstid. Det blir vanskelig med de nye reglene. Hensynet til forbrukere har veid tyngre enn hensyn til industri, mener kritikere. (Bilde: Joachim Seehusen)

Industrielle trådløse sensornettverk og standarder

Trygve Harvei

  • Arbeider til daglig i ABB innen oje-, gass- og kjemiområdet med et teknologiansvar for kommunikasjonsløsninger, samt utvikling og produktisering av programvare for denne industrien.
  • Han er utdannet Cand. Scient fra Universitetet i Oslo, innen digitalteknikk. Han har vært teknisk koordinator for Norwegian Fieldbus Consortium og vært med på å utvikle løsninger og standardisering med IEC Fieldbus, Foundation Fieldbus og IEC 61158.
  • Siden 2011 har han sittet i ETSI ERM (EMC and Radio Spectrum Matters) som fullt stemmende medlem, aktiv i TG11, «Wideband Data Systems» og arbeidsgruppen WG11 som tar fram EN 300 328 standarden i Europa for samsvar til R&TTE direktivet for 2,4 GHz ISM båndet

 

Les mer:

En betydelig trend, som driver løsninger og markedet generelt mot trådløsteknologi, er «Internett of Things». Også dette har i første rekke påvirket mer operasjonelle aspekter i industrien, som innføring av mobile IT-verktøy og sentralisering av data i skytjenester. Det har ikke, som man skulle tro, satt fart i utrulling av sensor- og instrumenteringssystemer basert på trådløsteknologi.

Les om: Industriens Internet of Things

Usikkerhet

I Norge er den oljerelaterte næringen stor og viktig, og oljeselskapenes teknologikvalifiseringer har mye å si for gjennombrudd i utrulling av nye teknologier, som også trådløse sensornettverk for automasjonsformål. En av årsakene til at en større utrulling tar tid er generelt sett at produktene har noen begrensninger, slik som batterilevetid med påfølgende servicebehov, men også usikkerhet om hvilken standard som er best for formålet. Hva det er mulig å presse teknologien til innenfor de regulativene som gjelder til enhver tid for radioteknologien i bruk, har også kommet fram som et tema, og det har ført til mange meningsutvekslinger innen pågående standardisering.

Artikkelforfatter Trygve Harvei, ABB ABB

Maskenett

Noen unntak er det – spesialapplikasjoner som trådløs vibrasjonsovervåking, og faktisk, trådløs gassdeteksjon med SIL-krav begynner å få sin installerte base. Oljebransjen begynner å stole på at trådløs er veien å gå for enklere å instrumentere for tilstandsbasert vedlikehold og innføre økt overvåking av potensielle gasslekkasjer med flere og rimeligere målepunkter sammenlignet med kablete systemer.

Her har teknologiene Wireless HART og ISA 100 som begge baserer seg på såkalte maskede sensornettverk (IEEE 802.15.4) fått sin anvendelse. Disse er eksempler på radiosystemer hvor alle deltakerne er med på å skape infrastrukturen, nettverket, ved at informasjonsinnholdet i pakkene som kommuniseres kan hoppe deltakerne imellom for å nå sine mål – derav kommer navnet maskenett. Systemene er optimalisert for lavt energiforbruk, og enheter - som f.eks. en vibrasjonssensor - kan operere i årevis ved hjelp av ett kommersielt tilgjengelig litiumbatteri, størrelse AA. Hastigheten i nettverkene er lave, men egnet for overføring av slik som sensorers måleverdier.

Les også: Trådløst i vinden

2,4 GHz – lite utsatt for støy

Denne type nettverk må ikke forveksles med WLAN (802.11), også kalt WiFi, som er en del av hvert hjem og kontor. Begge teknologier benytter det såkalte ISM-båndet i 2,4 GHz-området som er lisensfritt i hele verden, og som følge av dette har produsenter god tilgang til elektroniske radiokomponenter til fornuftige priser.

Dette radiobåndet har også egenskaper som gjør det spesielt egnet ved at elektrisk sveising og annen EMC støy man typisk finner i industrien ikke påvirker radioforbindelsene. Utbredelsen av radiosignalene fra hver enhet er også tilstrekkelig, slik at systemer kan operere med lav sendereffekt og rekke de nødvendige 50–250 meterne til neste sensor eller et aksesspunkt.

WiFi har i senere versjoner også tatt i bruk andre frekvenser som i 5 GHz-området hvor det også er noen tilgjengelige linsensfrie bånd. Selv om det finnes planer, har ikke sensornettverksteknologiene enda tatt dette skrittet.

Les: Trådløs-boom skaper strid

Trådløse systemer for forbrukere vokser så raskt at myndighetene har innført regler for bruk. De reglene skaper hindringer for industriell bruk av 2.4 GHz-båndet. Her en arkeolog som bruker drone til å undersøke byggeplasser. FOTO: REUTERS MARIANA BAZO

Pålagt standard

Radioressurser er mangelvare i industrialiserte land, og båndbreddetildeling og bruken blir håndhevet av NKOM (tidligere PTT) i Norge. For NKOM som er en NSO (National Standardization Organization) vil mye av grunnlaget for forvaltningen komme igjennom europeisk samarbeid og lovgivning. De tre organisasjonene CEN, CENELEC og ETSI har oppdraget fra EC (European Commision) å forvalte standardisering av ulike, men litt overlappende teknologiområder. Arbeidet som utføres for å tilrettelegge for industriell trådløsteknologi innen denne sfæren er rett og slett et kapittel for seg:

For en som meg, som har arbeidet med standardisering av trådbundet industriell kommunikasjon gjennom organisasjoner som IEC og CENELEC, var det nytt at man blir pålagt av myndigheter å følge en standard og ikke lenger kan velge den beste for oppgaven.

Det var også fremmed at man innenfor radioressursområdet betaler medlemskap i standardiseringsorganisasjonen, i ETSI, og får tildelt et antall stemmer i forhold til størrelsen på innbetalingen og at de forskjellige lands NSO har ulik vekting av stemmer seg imellom med den «politisering» dette medfører.

Industriens behov synes ikke

Utfordringen for industriinnrettete radiosystemer blir da at når det gjelder systemer for privat- og bedriftsmarkedet blir antall enheter som produseres foreløpig veldig små. Det har da den følge at disse anvendelsene blir mer usynlige i kampen om tildeling av radioressurser, og sannsynligheten om å få gjennomslag for spesifikke krav blir lav. Og det er nettopp her det stopper litt opp, ved at myndighetenes krav til systemene er helt like om de skal anvendes på Starbucks i Bogstadveien eller på en flytende oljerigg i Nordsjøen. Industriaktører ønsker seg egenskaper som forbedrer forutsigbarhet og mekanismer for å kontrollere at forskjellige radiosystemer som WiFi og sensornettverk kontrollert kan sameksistere, mens kommersielle aktører ønsker at hver enkelt «dings» skal virke best mulig der og da. Slikt blir det motsetninger av.

Les også: RFID uten grenser

I prosessindustri er det ofte krav til svært kort responstid. Det blir vanskelig med de nye reglene. Hensynet til forbrukere har veid tyngre enn hensyn til industri, mener kritikere. Joachim Seehusen

Europeiske begrensninger

Det er anslått i studier at industrielle systemer som med fordel har anvendelse av trådløsteknologi i Europa adresserer et marked på 200 milliarder € i året. Selv om dette er et omtrentlig tall, er det klart at det er nødvendig å finne måter å understøtte utvikling og anvendelse av teknologier som fremmer muligheter for effektiv produksjon og arbeidsplasser i Europa, ikke å motarbeide dette.

Det er faktisk slik at regulativene som følger av EN 300 328-standarden som gjelder for 2,4 GHz radioutstyr nå sterkt begrenser oss kun her i Europa. Andre verdensdeler, som USA og Asia, pålegger ikke seg selv slike begrensninger som spesifiseres i denne standarden, og de blir av oss gitt en fordel og mulighet for effektiv og rimeligere produksjon.

Hindrer innovasjon

Slik de industrielle trådløssystemene er implementert i dag egner de seg godt til datainnsamling i forbindelse med tilstandsovervåkning og ikke altfor raske prosesstyringer. Det er først og fremst innovasjonstakten som skaper en usikkerhet og de litt mer kritiske anvendelsene som blir bremset av dagens regulativer.

Det er et sterkt ønske fra oss som arbeider med dette om å få til en differensiering av kravene, slik at både industri og kommersielle anvendelser best mulig kan utnytte de fantastiske mulighetene som ligger i 2,4 GHz trådløs kommunikasjon.

Min oppfordring må bli å ta trådløse sensorsystemer i bruk i industrien der de egner seg, slik at økt erfaring og en betydelig installert base er med på å danne en faktisk plattform for våre industrielle krav framover. Bruker vi ikke teknologien, mister vi også muligheten for effektivitetsgevinsten som kommer med bruk av trådløssystemer. I det industrielle Europa vil hæren av radiostyrte lekedroner og kaféteknologi blir de klare vinnerne!