5G, cruciale bouwsteen voor industrie van de toekomst
Op bedrijfsniveau zijn plaatselijke 5G-netwerken op beperkte schaal reeds mogelijk
Dat de bedrijfswereld smeekt om 5G, mag duidelijk zijn. Voor industriële spelers biedt het ongekende mogelijkheden voor mobiele communicatie. Ook voor u kan het wellicht nieuwe opportuniteiten bieden, maar vaak is het moeilijk om dat op voorhand in te schatten.
Snellere overdracht
Het grote voordeel van 5G is vooral de grote overdrachtssnelheid. We komen al van ver: de snelheid van 2G ligt bijvoorbeeld op 9,6 kbps (kilobits per seconde), de overgang naar 3G betekende een aanzienlijke verhoging tot maximum 2 Mbps. De 4G standaard – nog niet eens zo oud – kan tot 1.000 Mbps halen. 5G doet daar nog een ferme schep bovenop: in eerste instantie wordt de overdrachtssnelheid 1 tot maximum 5 Gigabit per seconde, later zal dit opgevoerd worden tot liefst 20 Gb per seconde.
Zoals het vandaag voorgesteld wordt in de traditionele media, lijkt het alsof dit enkel interessant is voor smartphonegebruikers. Zij kunnen makkelijker grote bestanden – namelijk video’s – verwerken. Voor de industrie zou de impact evenwel nog een stuk intenser kunnen zijn. 5G is niks minder dan een van de bouwstenen van onze toekomstige geconnecteerde industrie.
Getalm, maar waarom?
Als 5G enkel maar voordelen heeft, waarom wordt dan zo getalmd met de invoering? De redenen zijn – zoals wel vaker – politiek van aard. De deelstaten willen een groter deel van de opbrengst van de veiling van het 5G-spectrum, maar de federale overheid is daar niet mee akkoord. Het resulterende gekissebis zorgt dat de veiling voor de licenties maar niet rond raakt en dat we – in tegenstelling tot Duitsland, de VS en China – nog niet snel zullen kunnen genieten van 5G in 2020. Ook in Nederland en Frankrijk wordt overigens werk gemaakt van de nieuwe technologie, daar wordt 2022 vooropgesteld. Benieuwd wanneer het onze beleidsmakers zal lukken.
Toch reeds projecten op kleine schaal
Dat er in ons land nog geen licenties zijn voor 5G, is eigenlijk niet helemaal correct, want er is er wel een: het relatief onbekende Citymesh. CEO Mich De Geest vertelt: “Dat ging eigenlijk wat per toeval. Een van onze activiteiten is het aanbieden van City-Wifi, de draadloze netwerken voor steden en gemeenten. Voor die aanbestedingen was het telkens opboksen tegen de traditionele operatoren. Als we een contract binnensleepten, moesten we dan gebruik maken van het netwerk van diezelfde operatoren. Geen makkelijke situatie, dus kochten we onszelf een eigen bandbreedte in het spectrum. Pas later werd net dit deel voorbehouden voor het 5G-netwerk.”
Eigen connectiviteitsbubbel
“Bij een ‘private LTE-netwerk’, zoals dit heet, kunnen klanten gebruikmaken van een stuk spectrum dat voorbehouden is voor de licentiehouder van die frequentie. In België is dit voor 5G de 3,5 Ghz frequentie. Bij een private netwerk blijft de data ‘on premise’ en maken we gebruik van een stuk spectrum dat voorbehouden is voor de licentiehouder van die frequentie. Hierdoor kan je vrij en zonder interferentie werken.”
“Wanneer je gebruikmaakt van een privaat 5G-netwerk, heb je als het ware een eigen connectiviteitsbubbel. Wij beschikken al sinds 2015 over 2x20 Mhz spectrum in het frequentieblok 3,5 Ghz. Dat spectrum wordt volledig voorbehouden aan bedrijven die lokaal een eigen Private 5G-netwerk willen uitbouwen. Hierdoor kunnen zij binnen dat netwerk volledig interferentievrij werken. Dat opent de deuren voor een veilige en brede werking van AGV‘s, concepten als predictief onderhoud, IoT, M2M, Ar en VR en slimme productiewijzes.”
Ongekende mogelijkheden
Het bedrijf kan dus 5Gnetwerken aanbieden en meer nog: er zijn er al in België. Toch zou de veiling – als die er komt binnen enkele maanden/jaren – nog roet in het eten kunnen gooien. Voorlopig is er enkel 5G gereserveerd voor consumententoepassingen, nog niet voor industriële applicaties zoals in Duitsland wel het geval is. Maar net in die sector zijn de opportuniteiten enorm.
Cruciaal voor Industrie 4.0
De hinderpalen waar veel projecten nu op afketsen, zoals veiligheid, kostprijs en snelheid van draadloze dataverwerking, worden opgelost door 5G. Dat opent nieuwe mogelijkheden voor de genoemde industriële toepassingen. 5G kan zowat alle innovaties uit de afgelopen jaren draadloos met elkaar koppelen: robots, automatische magazijnen, AGV’s, kranen, HMI’s ... noem maar op. De robuustheid, bandbreedte en snelheid van 5G is ongeëvenaard, waardoor het een absolute voorwaarde is om een Industrie 4.0-gerichte productie-unit te garanderen. In de fabriek van de toekomst zullen tientallen van de opgenoemde actoren op een optimale manier met elkaar moeten samenwerken. 5G bezit de karakteristieken om de informatie-uitwisseling tussen deze actoren op het niveau van milliseconden te brengen.
Voordelen ten opzichte van WiFi
Wakkere lezers zouden misschien in de groep gooien dat het WiFi-netwerk evengoed dienst zou kunnen doen als draadloos netwerk, maar dat botst hier en daar toch op enkele hinderpalen. Bij 5G zijn er eerst en vooral heel wat minder access points nodig; omdat u aan een hoger – wettelijk toegelaten – vermogen mag uitstralen. Andere voordelen van 5G ten opzichte van WiFi zijn minstens even belangrijk: de veiligheid van de communicatie, bijvoorbeeld. Ook de betrouwbaarheid en capaciteit van het netwerk spelen in het voordeel van 5G.
Kraansturing bij Arcelor Mittal
De inertie bij onze beslissingsnemers neemt dus niet weg dat er op bedrijfsniveau al plaatselijke 5G netwerken op beperkte schaal ingezet kunnen worden. De kraanbewaking van Arcelor Mittal in Gent is hier een voorbeeld van.
Digital twin
Leander Verhofstadt, automation specialist van het bedrijf, licht de werking toe: “Bij ons gaat veel aandacht naar de veiligheid van de kranen die de slabs transporteren. Stockmanagement is zeer belangrijk in de werking van ons bedrijf. We willen weten waar elke slab zich op elk moment bevindt. Daarom creëerden we een digital twin van onze stock. Voor het stockmanagement hebben we verder nog twee zaken nodig: betrouwbare positionering en een correcte datatransfer.“
Positionering
“Voor de positionering van de overheadcranes werkten we met een robuust systeem met optische sensoren. Die herkennen het licht/donker/licht patroon als een slab ergens passeert. De nauwkeurigheid van dat systeem is slechts 3 cm, maar omdat de slabs zelf 10 meter lang en 2 meter breed zijn, volstaat dat ruimschoots voor de overheadkranen. Toch wilden we dit verder verbeteren. De beweging van de overheadkranen is dan wel relatief beperkt in vergelijking met de rondrijdende slab carriers, maar we wilden een nauwere positionering. Daarom gebruiken we nu RFID. Via de bijhorende tags weten we exact – tot op de centimeter nauwkeurig – waar de kraan zich bevindt. De positionering van de slab carriers gebeurt met twee GNSS-antennes, die toelaten om de positie en richting voortdurend te bepalen. Er zit ook een RTK (Real Time Kinematic) systeem op om dit voortdurend te verifiëren en te corrigeren.”
Correcte datatransfer
“De communicatie moet in twee richtingen gaan: de positie en richting van de kranen moet gecommuniceerd worden met alle actoren in de buurt, maar ook de operator van de kraan moet weten in welk gebied hij zich kan bewegen en waar hij de goederen kan plaatsen of opnemen. Dat zorgt in een groot bedrijf als Arcelor Mittal voor een enorme datahoeveelheid. Hiervoor werken we op twee manieren. Bij de overheadkranen kunnen we vaak werken met een vaste fiberkabel naast de voedingskabel, op die manier is sowieso een grote datatransfer mogelijk. Als dat niet mogelijk is, dan zijn er ook kranen die draadloos via WiFi verbonden zijn met PC en PLC. Daar gebruiken we ook het WiGig-protocol voor de videosystemen. Ook bij de slab carriers gebruiken we een draadloos systeem op basis van WiFi. Naast het systeem met de aangebrachte antennes om de positie en richting te bepalen, zetten we nu ook werkingsprincipes zoals SLAM in, zodat de nauwkeurigheid slechts enkele centimeters bedraagt. Het geheel creëert niet alleen enorme hoeveelheden data, aan de datatransfers worden ook zeer strenge eisen gesteld, want betrouwbaarheid is hier uiteraard een absolute voorwaarde. Bij een verlies van de connectie wil je weten wat er gebeurt met je last en je kraan. Bovendien willen we, als dat het geval is, ook op lange afstand kunnen ingrijpen en de machine besturen. Voor de veiligheid hebben we daar ook video bij nodig. De verbinding met het overkoepelende sturingssysteem verloopt eveneens via WiFi, maar we testen nu 5G uit via een privaat LTE netwerk om de video door te sturen. De resultaten zijn alvast veelbelovend.”
