WLAN y Bluetooth tienen un ancho de banda limitado, haciendo que la comunicación inalámbrica convencional sea problemática en el entorno de producción. Sin embargo, Numerosos componentes, como sensores y robots, deben conectarse de forma inalámbrica. Para superar este desafío, un equipo de investigadores de Fraunhofer IOSB-INA en Lemgo está trabajando en soluciones con la ayuda de la Universidad de Artes y Ciencias Aplicadas de Ostwestfalen-Lippe (OWL). Pronto, Se espera que las máquinas de los edificios de las fábricas se comuniquen entre sí mediante pulsos de luz. Esta tecnología no es nueva, pero ahora debe adaptarse para su uso en la industria.

Sistemas de transporte sin conductor, cintas transportadoras, motores, robots, sensores, drones sistemas de monitoreo, dispositivos móviles, y una amplia gama de máquinas y equipos:todos se comunican entre sí e intercambian datos en el entorno de producción. A menudo se instalan y operan en diferentes ubicaciones, lo que hace que una conexión inalámbrica sea indispensable, y tiene que funcionar sin problemas si se quieren evitar los tiempos de inactividad en la producción. Llevamos mucho tiempo disfrutando de las ventajas de las conexiones inalámbricas como WLAN (WiFi) y Bluetooth en nuestra vida profesional y personal, pero en la manufactura, la comunicación inalámbrica convencional está llegando a sus límites:WLAN y Bluetooth tienen un ancho de banda limitado. En vista del creciente número de usuarios, receptores y dispositivos, el espectro inalámbrico está sobrecargado. Si bien la tecnología 5G aliviará este problema, los investigadores de Fraunhofer IOSB-INA en Lemgo, la Rama de Automatización Industrial del Instituto Fraunhofer de Optrónica, Tecnologías de sistemas y explotación de imágenes IOSB, Creemos que existe una forma más eficaz y sin licencia de superar los desafíos de la comunicación en el entorno de fabricación. Están adoptando un enfoque diferente y han elegido el espectro de luz visible para la transmisión inalámbrica de datos. Los expertos llaman a esta tecnología comunicación de luz visible (VLC, ver recuadro). "El espectro de luz es aproximadamente 4000 veces más ancho que todo el espectro inalámbrico disponible. Va desde longitudes de onda de 380 a 800 nanómetros, "dice Daniel Schneider, investigador de Fraunhofer IOSB-INA. Junto con sus colegas y la Universidad de Ciencias Aplicadas de OWL, está trabajando para llevar VLC a la industria. El trabajo de investigación sobre el proyecto "Luz visible en producción" financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania (BMWi), un proyecto de investigación industrial colaborativo dirigido por la Sociedad Alemana de Investigación en Automatización y Microelectrónica (DFAM), ya comenzó hace un año. .

Falta de estudios sobre las condiciones de VLC en el entorno industrial

VLC ya se utiliza en oficinas, hogares y laboratorios y, desde hace poco, también se está utilizando para implementar sistemas de navegación interior en centros comerciales. Edificios de la fábrica, sin embargo, donde hay muchas más fuentes de interferencia, presentan importantes desafíos para la tecnología de las comunicaciones que aún no se han estudiado con suficiente profundidad. "Como alternativa al acceso a la red inalámbrica convencional, utilizaremos comercialmente disponibles, LED de bajo consumo para nuestra solución de comunicación con luz visible. La clave es poder establecer un sistema que sea resistente a la mayor cantidad de interferencias posible, "dice Schneider. Este tipo de sistema es confiable cuando hay problemas de cobertura debido a las paredes, objetos metálicos, máquinas y otras señales interferentes pueden superarse. "Iluminación artificial, Los efectos de sombra y los reflejos pueden influir en la transmisión de datos por la luz. En colaboración con cinco empresas industriales, Realizamos mediciones para analizar en qué medida lo hacen, y en qué áreas y montos ". Entre otras herramientas para las pruebas, utilizaron un espectrómetro que se puede girar alrededor de dos ejes y que mide la distribución espacial de las fuentes de interferencia. La campaña de medición se centró en un total de tres factores influyentes:luz ambiental, partículas y reflejos ambientales, a lo que los expertos también se refieren como dispersión por trayectos múltiples.

Los reflejos de luz interfieren con la transmisión de datos

Las pruebas demostraron que las partículas de polvo no suponen ningún problema para las señales ópticas. "Los edificios de las fábricas suelen estar bien ventilados, por lo que las concentraciones típicas de partículas no absorben la señal de luz en ningún grado relevante, ", dice el investigador. Las personas y los vehículos que se mueven lentamente (0,2 m / s) tampoco obstaculizan la calidad de la señal. La luz ambiental, por otra parte, afecta a todo el espectro óptico. Los socios del proyecto identificaron un total de diez modelos cuyas condiciones de iluminación influyen en los sistemas VLC. Entre ellos se encuentran los procesos de soldadura y los tubos fluorescentes, así como sistemas de seguimiento óptico, pero los efectos de estos son estrictamente locales y no afectan el área circundante. Por lo tanto, según los resultados de la prueba, Los sistemas VLC deben ser capaces de responder de forma adaptativa a las condiciones de iluminación para minimizar este tipo de factores de interferencia. Los investigadores también identificaron la dispersión por trayectos múltiples como un factor de interferencia:"Una lámpara emite luz en múltiples direcciones, y esta luz llega al receptor a través de reflejos. Si estos reflejos varían mucho, luego, la luz llega al receptor en diferentes momentos y con distintos grados de absorción. Esto distorsiona la señal útil en el rango de nanosegundos y reduce la calidad de transmisión, "explica el investigador. Según los resultados de la medición cuantitativa, Schneider y su equipo están desarrollando sistemas VLC adaptables al entorno para uso industrial.

Sin posibilidad de robo de datos

VLC no solo ofrece mayores anchos de banda que WLAN, también garantiza la seguridad de los datos. Las señales inalámbricas viajan a través de las paredes, para que las comunicaciones se puedan interceptar y manipular fuera de los edificios de la fábrica. Esto no es posible con luz. Los atacantes potenciales no tienen ninguna posibilidad aquí. Otra ventaja es que VLC permite conectar de forma inalámbrica más de 1000 dispositivos entre sí. "Una vez que establezcamos el diseño ideal para nuestro sistema VLC basado en nuestra campaña de medición, podremos operar más de 1000 dispositivos en una ubicación de una manera que ahorre energía, es seguro contra la interceptación y no es sensible a los campos electromagnéticos, ", dice el investigador de Lemgo. Aparte de la iluminación del techo, Se espera que el hardware requerido se limite a una conexión a Internet y un transceptor conectado al dispositivo terminal. El demostrador existente se está probando actualmente en condiciones reales en SmartFactoryOWL en Lemgo. Ambos, grandes empresas y pymes, se espera que se beneficien del sistema completo a mediados de 2021.