WLAN e Bluetooth têm largura de banda limitada, tornando a comunicação sem fio convencional problemática no ambiente de produção. No entanto, vários componentes, como sensores e robôs, precisam ser conectados sem fio. Para superar este desafio, uma equipe de pesquisadores da Fraunhofer IOSB-INA em Lemgo está trabalhando em soluções com a ajuda da Ostwestfalen-Lippe (OWL) University of Applied Sciences and Arts. Breve, espera-se que as máquinas em prédios de fábricas se comuniquem umas com as outras usando pulsos de luz. Esta tecnologia não é nova, mas agora ele precisa ser adaptado para uso na indústria.

Sistemas de transporte sem condutor, correias transportadoras, motores, robôs, sensores, drones, sistemas de monitoramento, dispositivos móveis, e uma ampla gama de máquinas e equipamentos - todos eles se comunicam entre si e trocam dados no ambiente de produção. Eles são frequentemente instalados e operados em locais diferentes, tornando uma conexão sem fio indispensável - e ela deve funcionar sem problemas para evitar paradas de produção. Há muito tempo que aproveitamos as vantagens das conexões sem fio como WLAN (WiFi) e Bluetooth em nossa vida profissional e pessoal, mas na manufatura, a comunicação sem fio convencional está chegando ao limite:WLAN e Bluetooth têm largura de banda limitada. Tendo em vista o crescente número de usuários, receptores e dispositivos, o espectro sem fio está sobrecarregado. Embora a tecnologia 5G alivie esse problema, os pesquisadores da Fraunhofer IOSB-INA em Lemgo, o ramo de automação industrial do Instituto Fraunhofer de Optrônica, Tecnologias de sistema e exploração de imagem IOSB, acreditam que existe uma maneira mais eficaz e sem licença de superar os desafios de comunicação no ambiente de manufatura. Eles estão adotando uma abordagem diferente e escolheram o espectro de luz visível para a transmissão de dados sem fio. Os especialistas chamam essa tecnologia de comunicação de luz visível (VLC, veja a caixa). "O espectro de luz é cerca de 4000 vezes mais amplo do que todo o espectro sem fio disponível. Ele varia de comprimentos de onda de 380 a 800 nanômetros, "diz Daniel Schneider, pesquisador do Fraunhofer IOSB-INA. Junto com seus colegas e a OWL University of Applied Sciences, ele está trabalhando para trazer o VLC para a indústria. O trabalho de pesquisa sobre o projeto "Luz Visível na Produção" financiado pelo Ministério Federal Alemão para Assuntos Econômicos e Energia (BMWi) - um projeto de pesquisa colaborativa industrial liderado pela Sociedade Alemã de Pesquisa para Automação e Microeletrônica (DFAM) - já começou há um ano .

Falta de estudos sobre as condições para VLC no ambiente industrial

VLC já é usado em escritórios, casas e laboratórios e, desde recentemente, também está sendo utilizado na implantação de sistemas de navegação interna em shopping centers. Edifícios de fábricas, Contudo, onde há muito mais fontes de interferência, apresentam desafios significativos para a tecnologia de comunicações que ainda não foram estudados em profundidade suficiente. “Como alternativa ao acesso convencional à rede sem fio, usaremos disponíveis comercialmente, LEDs com baixo consumo de energia para nossa solução de comunicação de luz visível. A chave é ser capaz de estabelecer um sistema que se mostre resistente ao máximo de interferência possível, "diz Schneider. Este tipo de sistema é confiável quando há problemas de cobertura por paredes, objetos metálicos, máquinas e outros sinais de interferência podem ser superados. "Iluminação artificial, efeitos de sombreamento e reflexos podem influenciar a transmissão de dados pela luz. Em colaboração com cinco empresas industriais, realizamos medições para analisar até que ponto eles fazem isso, e em quais áreas e valores. ”Entre outras ferramentas para os testes, eles usaram um espectrômetro que pode ser girado em torno de dois eixos e que mede a distribuição espacial das fontes de interferência. A campanha de medição se concentrou em um total de três fatores de influência:luz ambiente, partículas e reflexos ambientais, que os especialistas também chamam de dispersão de caminhos múltiplos.

Reflexos de luz interferem na transmissão de dados

Os testes mostraram que as partículas de poeira não representam nenhum problema para os sinais ópticos. "Os edifícios das fábricas são normalmente bem ventilados, então as concentrações de partículas típicas não absorvem o sinal de luz em qualquer extensão relevante, "diz o pesquisador. Pessoas e veículos que se movem lentamente (0,2 m / s) também não prejudicam a qualidade do sinal. Luz ambiente, por outro lado, afeta todo o espectro óptico. Os parceiros do projeto identificaram um total de dez modelos cujas condições de iluminação influenciam os sistemas VLC. Entre eles estão processos de soldagem e tubos fluorescentes, bem como sistemas de rastreamento óptico, mas os efeitos disso são estritamente locais e não afetam a área circundante. Portanto, de acordo com os resultados do teste, Os sistemas VLC devem ser capazes de responder de forma adaptativa às condições de iluminação para minimizar esses tipos de fatores de interferência. Os pesquisadores também identificaram o espalhamento de multipercurso como um fator de interferência:"Uma lâmpada emite luz em várias direções, e essa luz chega ao receptor por meio de reflexos. Se essas reflexões variam muito, então, a luz chega ao receptor em momentos diferentes e com vários graus de absorção. Isso distorce o sinal útil na faixa de nanossegundos e diminui a qualidade de transmissão, "explica o pesquisador. Com base nos resultados da medição quantitativa, Schneider e sua equipe estão desenvolvendo sistemas VLC adaptáveis ​​ao ambiente para uso industrial.

Sem chance de roubo de dados

VLC não só oferece larguras de banda maiores do que WLAN, também garante a segurança dos dados. Os sinais sem fio viajam através das paredes, assim, as comunicações podem ser interceptadas e manipuladas fora dos edifícios da fábrica. Isso não é possível com luz. Os invasores em potencial não têm chance aqui. Outra vantagem é que o VLC possibilita a conexão sem fio de mais de 1000 dispositivos entre si. "Assim que estabelecermos o design ideal para nosso sistema VLC com base em nossa campanha de medição, seremos capazes de operar mais de 1000 dispositivos em um local de uma forma que economize energia, é seguro contra interceptação e não é sensível a campos eletromagnéticos, "diz o pesquisador de Lemgo. Além da iluminação de teto, espera-se que o hardware necessário seja limitado a uma conexão de Internet e um transceptor conectado ao dispositivo terminal. O demonstrador existente está sendo testado em condições reais na SmartFactoryOWL em Lemgo. Ambos, grandes empresas e PMEs, deverão se beneficiar do sistema concluído já em meados de 2021.