LAPP e l'Industria 4.0

Il futuro è solo in wireless, vero? Un pseudo dibattito che suscita sempre emozione. Parola a Georg Stawowy, Member of the board of Lapp Holding AG, Responsible for Technology and Innovation @LAPP

Il futuro non è wireless

Alcuni sostengono che i dati, e un giorno anche l'energia, nelle fabbriche del futuro saranno trasmessi solo in modalità wireless, decretando così la fine dei cavi. Questa affermazione, ovviamente, non ha alcun senso. Non c'è rivalità tra le due tecnologie, entrambe hanno i loro pro e contro. Entrambe vedranno una crescita considerevole nei prossimi anni.

Non dobbiamo pensare a cavi vs. wireless

I cavi sono una "vecchia" tecnologia, in quanto presenti da oltre 100 anni. Ma ancora soddisfano i bisogni tecnologici, non sono superati e men che meno obsoleti. La tecnologia wireless è più recente, su questo non vi è dubbio. Ma non è da considerare un sostituto del cavo, poichè entrambe le tecnologie hanno punti di forza diversi e sono quindi adatte a differenti usi e applicazioni. Una nuova tecnologia non è necessariamente il giovane pistolero che elimina l'anziano sceriffo, dato che l'economia di mercato non è il selvaggio West.

LAPP ritiene che entrambe le tecnologie offrano grandi opportunità di crescita e per questa ragione vogliamo offrirle entrambe. Tuttavia, consideriamo che il cavo sarà la soluzione preferenziale per la maggior parte delle applicazioni, anche in un futuro molto lontano. Per capirlo, non basta confrontare le tecnologie. È necessario prendere in considerazione il quadro più generale e i megatrend globali.

I megatrend significano più networking

Quindi quali sono i megatrend che svolgono un ruolo fondamentale nell'aumento del numero di connessioni? Uno è la crescita esponenziale della popolazione globale e il desiderio di benessere, anche nei paesi in via di sviluppo e nei paesi del terzo mondo. Questo si traduce nella crescente richiesta di energia elettrica. La fornitura di elettricità, elettrodomestici moderni, elettronica di consumo e telefonia mobile a vaste aree della popolazione globale non attualmente connesse alla rete elettrica o alla rete dati richiederà più connessioni. 

Non è chiaro in che modo la tendenza verso la decentralizzazione dell'approvvigionamento energetico inciderà sulla domanda di cavi elettrici. Se la produzione e il consumo di energia convergono, dato che sempre più case ottengono elettricità dal proprio impianto fotovoltaico o una piccola unità di cogenerazione integrato, le reti di distribuzione si ridurranno. D'altra parte però, le persone useranno più connessioni all'interno delle loro case.

Un altro megatrend è la digitalizzazione, in particolare l’Internet delle cose (IoT) e l’Industria 4.0, e il modo in cui si relazionano ai sistemi di connessione. Se tutto, come macchine e sensori nelle fabbriche ad esempio, sono collegati ad altri oggetti e connessi ad Internet, il numero di connessioni aumenta esponenzialmente. Questo enorme aumento del traffico di dati avrà un impatto sulla crescita delle soluzioni cablate e wireless.

Quali sono quindi i vantaggi del wireless? Se la mobilità è fondamentale o i dispositivi sono fisicamente difficili da raggiungere, le tecnologie wireless hanno vantaggi evidenti. Ad esempio, nelle fabbriche, verranno sempre più utilizzati sistemi di trasporto senza conducente, i sensori saranno presenti in grande quantità ed in luoghi inaccessibili. Quindi la forte crescita delle tecnologie wireless continuerà.

 

Grossi limiti

D'altra parte, con Wi-Fi (e affini) ci sono alcune restrizioni che sono controindicazioni al loro uso in molte applicazioni industriali. La Latenza, cioè il ritardo tra un'azione avviata nella posizione A e la sua ricezione ed esecuzione nella posizione B, ha sempre un ruolo cruciale nella trasmissione dei dati in wireless. Ciò diventa fondamentale quando si accoppiano sensori ed attuatori in un processo produttivo, dove spesso l’esigenza è di avere scambi di dati al millisecondo, se non il microsecondo. Ma se i dati non arrivano in tempo, questo può essere critico per la sicurezza. Ad esempio, se qualcuno preme il pulsante di arresto di emergenza, la macchina deve fermarsi immediatamente. Le tecnologie wireless non sono ancora in grado di garantire questi tipi di comunicazione in tempo reale. Il prossimo standard 5G promette una latenza di 1 ms, ma finora questo è stato raggiunto solo in laboratorio. Resta da vedere se soddisferà le elevate richieste del settore.

Un altro aspetto da considerare sono le interferenze: i segnali radio possono subire disturbi da altri dispositivi o addirittura sovrapporsi ad altri segnali. Di conseguenza, la configurazione di una rete wireless con la giusta copertura e una sufficiente immunità alle interferenze è spesso estremamente costosa, in particolare in una fabbrica che contiene numerose possibili fonti di disturbo. Inoltre deve essere preso in considerazione anche il problema della sicurezza dei dati. Gli hacker vicini possono penetrare nelle reti wireless e prelevare dati sensibili. Questo è fondamentale per un'azienda, in quanto i dati sono la materia prima dell'industria intelligente, quindi è importante proteggerli.

 

Elettricità via etere

Sempre più spesso l'attenzione si sta spostando verso la trasmissione wireless, non solo per i dati, ma anche per l'energia. Eppure alcuni dei limiti sono spesso trascurati. La trasmissione di energia induttiva ha senso dal punto di vista tecnico/economico solo su brevissime distanze, come ad esempio per caricare spazzolini elettrici o smartphone. I veicoli elettrici possono anche essere alimentati utilizzando la ricarica induttiva tramite spire magnetiche nel terreno. Ma questa non è una soluzione flessibile: il dispositivo che necessita di ricarica deve essere posizionato con precisione in un luogo molto specifico. Al momento non è economicamente o tecnicamente possibile trasmettere energia a dispositivi che non si trovano nelle immediate vicinanze di un circuito di induzione. Ad esempio nelle linee di produzione in cui i telai delle autovetture vengono movimentati e saldati, correnti molto elevate alimentano motori, attrezzature per saldatura, laser, ecc. La trasmissione senza fili delle potenze necessarie in questi casi comporterebbe perdite elevate, quindi non è economicamente sostenibile. Inoltre al momento non è chiara la questione della biocompatibilità: quali sarebbero gli impatti dei forti campi elettrici generati dalla trasmissione di energia induttiva su persone e animali? Basta ricordare le grandi discussioni sugli impatti delle radiazioni dei telefoni cellulari e, in tal caso, stiamo parlando di potenze di pochi watt. La trasmissione di energia senza fili su larga scala, quindi, rimarrà a lungo fantascienza. Anche le batterie non sono la risposta. Sono adatti solo per i dispositivi a bassa potenza e devono essere sostituiti a intervalli regolari. Oppure possono essere ricaricate, il che richiede però un cavo. Anche con la ricarica wireless, che, di nuovo, può funzionare solo a brevi distanze, l'elettricità deve in qualche modo trovare la sua strada verso la bobina del trasmettitore.

 

Le "vecchie" tecnologie continuano a crescere

Le tecnologie wireless per la trasmissione dei dati hanno messo radici nelle fabbriche visti i loro vantaggi per le applicazioni mobili. Stanno vedendo un tasso di crescita annuale superiore al 30%, ma la loro quota di mercato è di appena il 6% e quindi ancora molto bassa. Ci sono si cambiamenti nelle "vecchie" tecnologie, ma la crescita rimane costante. In quanto tale, l'Ethernet industriale ha superato i tradizionali bus di campo nell'automazione industriale. Le connessioni basate su Ethernet ora hanno una quota di mercato superiore al 50%, che rappresenta una crescita annuale del 22%. I principali driver dietro l’Ethernet industriale sono la necessità di alte prestazioni, l'integrazione dei processi di fabbrica tra sistemi IT / IoT e, in generale, l'Internet delle cose industriale (IIoT).

Le ragioni principali di questa continua crescita di vecchie tecnologie sono la sicurezza e l'affidabilità. I cavi trovano qui i loro vantaggi e sono quindi lontani dall'essere obsoleti. I conduttori in rame cordati e rivestiti da una guaina esterna in mescola plastica rappresentano un modo ingegnosamente semplice ed economico per trasmettere dati o elettricità da A a B. La latenza può essere calcolata facilmente utilizzando regole definite. Se il cavo è schermato, è anche largamente immune ai campi elettromagnetici e non disturberà altri componenti.

 

Le giuste soluzioni sono più importanti dei conflitti tra diverse tecnologie

Non esiste quindi una competizione spietata tra cavi e wireless; entrambi hanno i loro pro e contro e si possono integrare perfettamente. Una fabbrica senza cavi sarà ancora un sogno e un'utopia per molti anni a venire. Gli utenti sceglieranno cosa utilizzare, a seconda delle loro esigenze. Sono necessarie soluzioni di connettività per infrastrutture di fabbrica altamente complesse e sempre più automatizzate. Flessibilità, sicurezza e prestazioni sono oggi fondamentali e questi aspetti sono raggiunti solo attraverso la migliore combinazione possibile di diverse tecnologie.