Trådlös kommunikation över mobilt nätverk i industriell miljö

Trådlös kommunikation över mobilt nätverk i industriell miljö är ett examensarbete som har utförts tillsammans med ABB, Ericsson och Smarta Fabriker. Uppgiften var att undersöka om det går att ersätta den trådade kommunikationen inom en fabriksstation med trådlös kommunikation över ett mobilt nätverk. Projektet gick även ut på att titta på realtidsaspekterna av en sådan eventuell lösning.

Under projektets gång utvecklades ett koncepttest för att kunna mäta upp cykeltider i ett fältbussprotokoll över LTE. Cykeltiden för ett PLC är den totala tiden det tar från att PLC:et har läst av inkommande data, bearbetat den och sedan skickat ut data på portarna igen.
Det fältbussprotokoll som användes i projektet var Ethernet Powerlink då det finns fritt tillgängliga implementationer av protokollet att hitta på deras officiella hemsida vilket gjorde det enkelt att använda och komma igång med.

Systemdiagram
Översikt över det system som utvecklades för koncepttestet.

Mätningarna utfördes på en uppsättning där ett virtuellt PLC från ABB exekverades i ett serverkluster och kommunicerade via Powerlink till en Raspberry Pi som fick agera som gateway mellan den trådlösa och den trådade fältbussen. Till Raspberry Pi:en kopplades en simulerad Powerlink slav via Ethernet för att kunna simulera hela kommunikationsvägen mellan ett PLC och en I/O-enhet. Den lägsta uppmätta cykeltiden blev 40 ms. Under mätningarna hade vi en fördröjning på ca 15 ms över LTE-nätet.

Img 7056
Bild på det LTE-advanced modem som användes tillsammans med en Rasperry Pi för att fungera som en gateway mellan det trådade och trådlösa nätet.

Det fungerade bra att skicka Ethernet-ramar från fältbussprotokollet över LTE, men 40 ms cykeltid är för långsamt för att kunna ersätta existerande trådad kommunikationslösning. Detta då applikationer inom tillverkningsindustrin ofta ställer krav på mycket lägre cykeltider inom kommunikationssystemen än 40 ms. Däremot kan det appliceras på andra mindre tidskritiska system inom industrin, exempelvis kommunikation med överordnade system. Inom processindustrin har man typiskt kortare cykeltider än inom tillverkningsindustrin vilket gör att vi tror det kan vara ett mer intressant område att börja titta på om man vill börja ersätta den trådade kommunikationen med trådlös kommunikation. I framtida arbeten hade det varit intressant att undersöka möjligheten av ett IP-baserat fältbussprotokoll som kan tillhandahålla determinism, så som existerande Ethernet-baserade fältbussprotokoll kan. Då skulle man kunna få ett protokoll som är kompatibelt med mobila nätverk så som LTE eller 5G. Man skulle även kunna undersöka vidare ett eventuellt industriellt bussprotokoll som är helt baserat på mobila nätverk som kommande 5G-standard.

Länk till fullständig rapport.

Exjobbarna
Exjobbarna Rasmus Liny och Oscar Hall

Taggar

Artikeln är taggad med följande taggar. Klicka på en tagg för att se alla artiklar med samma taggning.

Artikeln är kategoriserat som Avancerat  |  Publicerad 2018-12-02  |  Skriven av Johan Bengtsson