Bij bijna elke machine of apparaat wordt tegenwoordig gevraagd hoe deze kan worden geïntegreerd in een communicatienetwerk. Maar de kerncompetentie van machinebouwers ligt meestal op het gebied van werktuigbouwkunde en elektrotechniek, niet op communicatietechnologie. In dit artikel zetten we de ontwikkelingen bij industriële netwerken op een rij waar automatiseringsaanbieders actief mee zijn.
Betaalbare netwerken binnen OT en tussen het OT en IT zijn alleen mogelijk met gedefinieerde communicatie. Veelgebruikte protocollen zijn Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP (op OT-niveau) en OPC UA, MQTT en TSN (voor communicatie tussen OT- en IT-niveau). Zij maken een betrouwbare en veilige gegevensuitwisseling mogelijk. Door veranderende markteisen vragen deze standaardprotocollen echter voortdurend en in steeds kortere tijd aanpassingen. Dat maakt het voor een betrekkelijke leek allesbehalve eenvoudig om het overzicht te behouden. Het mag ook lastig heten om in te schatten welke technologie de overhand krijgt.
Specialisten in netwerkcommunicatie beschikken over een brede kennis op dit gebied. Ze schatten trends beter in en kennen (komende) veranderingen. Ook gezien het tekort aan geschoolde medewerkers is het voor machinebouwers aantrekkelijker om communicatie-ontwikkeling aan gespecialiseerde bedrijven over te laten. Zij produceren producten die continu verder worden ontwikkeld om de stand van de techniek te weerspiegelen. Met oplossingen van een technologiepartner kan een machinebouwer zijn apparatuur aanpassen aan markteisen en meerdere communicatie-interfaces aanbieden.
DEZE ARTIKELEN vind je vast ook interessant om te LEZEN:
- Blauwe Watertuin geautomatiseerd met besturingen van SIGMATEK
- Treinen veilig onderhouden dankzij valbeveiliging met Safety-besturing
De juiste communicatiemodule
HMS (met een Nederlandse vestiging in Hedel) biedt een ruime keuze aan communicatieoplossingen; van embedded oplossingen die met weinig ruimte in een machine kunnen worden geïntegreerd tot PC-gebaseerde communicatiekaarten en gateways. Embedded oplossingen zijn met name geschikt als grote aantallen machines moeten worden geproduceerd, terwijl gateway-oplossingen flexibeler kunnen worden aangepast aan de eisen van de klant.
Zo ontwikkelde HMS een kant-en-klare embedded communicatie-interface; Anybus CompactCom B40 Mini. Dit compacte ontwerp houdt er rekening mee dat gebruikers in steeds kleinere ruimtes een communicatie-interface moeten implementeren. De module is onder meer een oplossing voor sensortoepassingen zoals encoders of RFID-sensoren. De B40 Mini kan rechtstreeks op het moederbord van een besturing worden gesoldeerd, waardoor de interface een economische oplossing is voor grote aantallen. De interfaces worden via firmware-updates voortdurend aangepast aan nieuwe vereisten. Hierdoor beschikken gebruikers over een toekomstbestendige oplossing die bestand is tegen de huidige en toekomstige communicatievereisten.
Beveiliging en connectiviteit
Gegevensuitwisseling tussen de verschillende niveaus van de automatiseringspiramide vereist betrouwbare en veilige communicatiekanalen. In greenfield-situaties kan aan het begin van het planningsproces rekening worden gehouden met communicatieoplossingen. Bij Brownfield daarentegen moeten communicatievoorzieningen op een technisch complexe manier achteraf worden ingebouwd.
Netwerkcommunicatie moet worden geïmplementeerd door machine- of systeemfabrikanten en worden onderhouden door systeembeheerders. Hun focus ligt op het functioneren en bewaken van het systeem. Netwerkexperts zoals Indu-Sol (in Nederland via Prokorment in Delft) bieden ondersteuning met hardwareoplossingen, diensten en training gedurende de gehele levenscyclus van het systeem.
Horizontaal en verticaal
De D*Bridges van Indu-Sol beheren de data-uitwisseling tussen verschillende veldbussen en verbindt deze tot een krachtig maar veilig OT-netwerk. De D*Bridge H (de letter H is van horizontaal) is zo voorgeconfigureerd dat alleen Profinet-communicatie tussen de afzonderlijke veldbussen mogelijk is. De D*Bridge V (de letter V is – inderdaad – van verticaal) creëert een veilige verbinding tussen het veld en de procesbesturing met bijvoorbeeld Scada, MES en visualisering. Hier kunnen de sensordata van het OT-niveau worden verzameld en geïnterpreteerd voor optimalisatie- en digitaliseringsprojecten. Gebruikers kunnen volgens de fabrikant 50 procent van de kosten voor elke PLC-installatie besparen, maar ook profiteren van een gestroomlijnde en efficiëntere netwerkinfrastructuur.
Conditiebewaking en beveiliging
Het primaire doel voor industriële installaties is de efficiënte productie van hoogwaardige producten. Een cyberaanval verstoort productieprocessen en leidt tot productiestilstand en in het ergste geval verwondingen en/of milieuschade. Indu-Sol heeft zijn bestaande netwerkmonitoringtools Profinet-Inspektor en PROmanage NT uitgebreid om een conditiebewakings- en beveiligingsbeheersysteem (CM&SM) te creëren. Hiermee zijn zonder uitgebreide netwerkkennis drie dingen mogelijk:
- permanente bewaking van de netwerkstatus,
- bewaking van de status van automatiseringscomponenten en
- bewaking van de communicatie- en systeembeveiliging.
Als een grenswaarde wordt overschreden of conflicten ontstaan met de netwerkbeveiliging, geeft het systeem een alarm en informeert het de verantwoordelijke medewerkers. Deze kunnen vaststellen of een toegang geautoriseerd of ongeoorloofd was en indien nodig tegenmaatregelen nemen. De alarmeringen maken direct duidelijk waar er een probleem is en welke actie nodig is. Dankzij vroegtijdige informatie kunnen systeemstoringen proactief worden voorkomen.
eSIM en IMSI
Bedrijven die internationaal opereren, moeten zich aanpassen aan de omstandigheden in de verschillende verkoopgebieden. Zo worden mobiele netwerken in elk land door andere aanbieders beheerd. Sommige richten zich alleen op specifieke landen. Dit maakt het voor internationale aanbieders, dienstverleners en OEM’s niet gemakkelijk. De beste oplossing zou één enkele mondiale partner zijn, zodat aanbieders niet in elk afzonderlijk land over contracten hoeven te onderhandelen.
Exporterende bedrijven moeten daar rekening mee houden bij het inrichten en op afstand onderhouden van machines en systemen. Wereldwijd bruikbare roaming-simkaarten zouden een oplossing kunnen zijn. Bedrijven selecteren dan een aanbieder in hun thuisland en gebruiken diens internationale roaming-partnerschappen om te netwerken in de rest van de wereld. Maar roaming-overeenkomsten voor nieuwe mobiele technologieën zoals LPWAN en 5G zijn niet overal beschikbaar. Bovendien hebben telecomaanbieders geen controle over de kwaliteit van hun roaming-partners.
eSIM met eUICC-technologie
Om de hiervoor omschreven roaming-problemen op te lossen zijn de afgelopen jaren eSIM’s ontwikkeld, Embedded Subscriber Identity Modules. Dit zijn chips van zes bij vijf mm die op printplaten worden gesoldeerd in plaats van als simkaarten in een slot te worden ingestoken. De technologie hierachter is eUICC (embedded Universal Integrated Circuit Card). Vaak worden de termen eUICC en eSIM als synoniemen gebruikt.
Het gaat om een simkaart met een profiel dat kan worden overschreven via het bestaande mobiele netwerk en ook verkrijgbaar is in conventionele simkaartformaten. Dit elimineert de noodzaak om fysiek SIM-kaarten te wisselen. Een eSIM wordt geleverd met een standaard profiel en wordt individueel geconfigureerd via een bestaande mobiele verbinding. Er hoeft dus maar één type SIM-kaart te worden opgeslagen en geïnstalleerd. Bedrijven kunnen zo gemakkelijk opschalen en zich sneller aanpassen aan technologische, zakelijke of wettelijke veranderingen.
Meerdere IMSI’s op de SIM-kaart
De centrale component van eSIM is de IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Dit is een unieke combinatie van doorgaans vijftien cijfers. Er kunnen meerdere IMSI’s op een eSIM worden opgeslagen, maar er is slechts één tegelijk actief. Mobiele netwerkoperatoren bieden doorgaans simkaarten aan met één IMSI, wat zijn beperkingen heeft. Daarom zijn Multi-IMSI eSIM’s ontwikkeld, waarvan het SIM-profiel meerdere IMSI’s kan opslaan. Een beheerapplet op de simkaart selecteert welke IMSI moet worden gebruikt, afhankelijk van de locatie van het apparaat of de netwerkomstandigheden.
De IMSI-schakellogica wordt opgeslagen op de eSIM. Dit betekent dat de eSIM niet hoeft te communiceren met de netwerkprovider om te bepalen welke IMSI moet worden gebruikt. Dit maakt het een oplossing voor lokale implementaties of om de connectiviteit in de loop van de tijd te optimaliseren. Hetzelfde geldt voor wereldwijd gebruik wanneer apparaten tussen verschillende apparaten bewegen of wanneer OEM’s hun producten op één locatie willen produceren en internationaal willen distribueren.
Wireless Logic mdex uit Tangstedt (bij Hamburg) heeft hiervoor zijn Conexa-netwerk voor industrieel IoT op internationaal niveau ontwikkeld. Met één eSIM hebben bedrijven toegang tot de tarieven van alle grote netwerkoperators. Conexa combineert multi-IMSI profielen met eSIM’s en iSIM’s om alle voordelen van de huidige technologieën te bieden. Hierdoor kunnen meerdere mobiele netwerken worden gebruikt. Conexa is in alle formaten beschikbaar met eUICC, waardoor onderhoud op afstand van de dataverbinding mogelijk is zonder fysieke tussenkomst.
5G onder de grond
Telecomaanbieders beloven ons dat 5G het summum is van contactloze communicatie. Maar zelfs in Nederland zitten er nog steeds gaten in de dekking in landelijke gebieden en onder de grond werkt het al helemaal niet. RWTH in Aken en Kabelwerke Eupen maken met 5G sterk geautomatiseerde productie in ondergrondse mijnen mogelijk. Dit gebeurt niet met antennes, maar met behulp van stralingskabels.
De mijnbouw spant zich in om zijn duurzaamheid en efficiëntie te vergroten. Eén manier om dat te bereiken is het digitaliseren van processen. Datatransmissietechnologie is daar een essentieel onderdeel. In de industrie is inmiddels brede kennis over 5G opgebouwd. Er is echter maar beperkt onderzoek gedaan naar de prestaties en het potentieel van 5G-netwerken in veeleisende en uitdagende bedrijfsomstandigheden, zoals ondergrondse mijnbouw.
Ondergronds proefproject
In de zoutmijn van Sondershausen in de Duitse deelstaat Thüringen is een proefproject opgezet om 5G onder de grond te evalueren. Ook wordt de invloed van ondergrondse omgevingsomstandigheden zoals routegeometrieën, stof en relatieve vochtigheid onderzocht. Bij het onderzoek is gekeken naar verschillende antennetechnologieën, zowel conventionele ‘multiple input multiple output’ (MiMo) richtantennes als verschillende configuraties van stralingskabels. Deze lijken op coaxkabels maar zijn voorzien van zijsleuven die het radiosignaal uitstralen. De kabels voorzien op deze manier over hun lengte van een voorspelbaar, homogeen radioveld. De in dit project gebruikte stralingskabel is specifiek ontwikkeld voor de 5G-frequentieband.
De eerste resultaten laten zien dat conventionele MiMo-richtantennes een krachtig en bruikbaar netwerk kunnen bieden op ondergrondse routes en de initiële verwachtingen en simulaties overtreffen. De routes gedragen zich als golfgeleiders die elektromagnetische golven reflecteren op de wanden (plafond, vloer en muren), waardoor ze op betrouwbare wijze het netwerk over lange delen van de mijnwerkzaamheden verzorgen.
Uit eerste evaluaties van de stralingskabels blijkt dat het geleverde netwerk homogener en uniformer is in vergelijking met conventionele MiMo-richtantennes. Met slechts twee geïnstalleerde stralingskabels werden datasnelheden bereikt die vergelijkbaar zijn met die van een conventionele 4×4 MiMo-radio met richtantenne. Stralingskabels bieden dus voordelen bij netwerkdekking in depressies, bochten of in zwaarbelaste delen van de mijn.
