יישום של קישוריות אלחוטית דרך מודולים אלחוטיים מאושרים מראש יכול לייצג את הפתרון הפשוט ביותר לצורך הצטרפות אל האינטרנט-התעשייתי-של-הדברים (IIoT).
מרכיב הבקרה, במיוחד כשהוא מיושם בדרך ניתנת לתכנות או בדרך ‘מסתגלת’, שוכן בתוככי ליבת האוטומציה – ויתרונותיה של האוטומציה
איור 1. תרשים מלבנים של המודול LBWA1ZV1CD-716 מבית Murata Electronics
אינם מובהקים יותר מאשר בעולם המתועש. מרכיב המשוב הוא חלק בסיסי של כל בקרה, והצירוף בין שני אלה הוא מושג שעליו מבוססת האלקטרוניקה המוטמעת.
כמו שכל מהנדס יודע, לולאות משוב חיוניות לבקרה, ועצם היכולת למדוד פלט בלולאה סגורה באופן כמותני כתוצאה מהשתנות הקלטים תומכת בבקרה של יישומים רבים. ביישומים אלקטרו-מכניים, החיישנים מהווים מרכיב חשוב למשוב ובקרה, וניתוח הנתונים שהם מפיקים מעודד את ההתפתחות בתחום האוטומציה התעשייתית.
היתרונות של ניתוח נתונים במגזרים הפיננסיים כבר אינו בגדר חידוש, אבל העובדה שניתוח נתונים תעשייתיים יכול להביא לגידול משמעותי בפרודוקטיביות של כל תחומי הפעילות, היא שמניעה כיום את ההתפתחות המהירה בתחום האינטרנט-התעשייתי-של-הדברים (IIoT).
בניית מערכת סביבתית (‘אקו-סיסטם’)
האינטרנט-התעשייתי-של-הדברים (IIoT) – אפילו כמערך משנה של האינטרנט-של-הדברים (IoT), המכונה גם ‘האינטרנט-של-הכול
איור 2. אשף הגקו WGM110A1MV1
(IoE)’ והיקפו רחב בהרבה – עדיין מייצג הזדמנות עצומה, שוק הצפוי להגיע לטריליוני דולרים תוך כמה עשורים. אף שתחום ה-IIoT הולך ומתפתח, דרכי יישומו עדיין נתונות במחלוקת, ולכן הוא מציע לחברות בכל סדר גודל הזדמנות להיות חלק ממנו. כל דבר היכול להבטיח גידול בפרודוקטיביות על ידי רתימת עוצמתו של ה-IIoT יהיה אטרקטיבי עבור חברות שבהן שולי הרווח נמצאים בפיקוח הדוק.
במציאות, ניצול מלא של אסטרטגיית IIoT דורש הרבה יותר מעצם השימוש בחיישן למדידת שחיקתו של מסב או זרימתו של נוזל. הדבר ידרוש מערכת סביבתית של חומרה, תוכנה ושירותים, אשר תיצור – לאחר שילובם יחדיו – לולאה סגורה שביכולתה להניב תובנות משמעותיות לגבי תהליכים תעשייתיים. נוף תעשייתי חדש זה עשוי ליצור מגע הדוק בין חברות קטנות וזריזות לבין יועצים בכירים, תוך יצירת שיתופי פעולה שיהפכו לדבר שבשגרה הודות ל-IIoT.
מסגרת ה-IIoT תכלול מרכיבים רבים – החל באיסוף נתונים ואחסונם או העברת נתונים לשרת, עבור בניתוחם ובניסוח התוצאות, וכלה בגיבוש פעילות לאור תוצאות אלה. החברות שיכולות להפיק את מרב התועלת מה-IIoT אינן ממוצבות בהכרח בצורה הטובה ביותר ליישום מסגרת כזו, וייתכן שהיא תיפול בחלקם של ספקים שירצו להקנות את הערך הטמון ב-IIoT למגוון רחב של לקוחות. כבר קיימות ראיות לכך שחברות מסוימות ממצבות את עצמן מחדש באופן שיוכלו לספק את מסגרת ה-IIoT במלואה או בחלקה. חברת Electric Imp היא אחת הדוגמאות לכך. כיום היא מציעה פלטפורמת קישוריות המורכבת מחומרה (או ‘צמתים’), תוכנה (כולל מערכת הפעלה), וכן שירותים מבוססי ענן וכלי ניהול. חלק מלקוחותיה כבר משתמשים בפלטפורמה זו כדי לאסוף נתונים בזמן אמת מכמה וכמה תעשיות, כולל קירור מסחרי, מערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר (HVAC) וציוד ייצור.
איור 3. תרשים מלבנים של מערכת ה-ENW-89847A1KF PAN1760 מבית Panasonic
הקישוריות האלחוטית מספקת את המשוב
אף שחיישנים מבטיחים יכולת למדוד כמעט כל פרמטר בעולם המציאות, הקישוריות היא זו שמספקת את המשוב למסגרת ה-IIoT. חיבור של ציוד תעשייתי – ולעתים קרובות מדובר בפריטים גדולים ומסורבלים – בסביבות קשות ואפילו בתנועה מתמדת, אינו דבר של מה בכך. אף שקיימות גישות קוויות רבות לביצוע חיבור כזה, כגון רשתות CAN, אתרנט תעשייתי או RS232/422, כולן סובלות מהחיסרון של צורך בחיבור פיזי. ככל שמספר היישומים גדל והולך, הקישוריות האלחוטית מוכיחה את יכולתה להציע יתרונות משמעותיים, שלא לדבר על הגמישות שבעצם ביטולו של החיבור הפיזי. רוב הפרוטוקולים האלחוטיים המציעים אבטחה וביטחון כבר קיימים, והם מסוגלים לפעול כמעט בכל סביבה. כיום, כיוון שהנפחים מוכוונים בידי המגזר הצרכני (מוצרי צריכה), החומרה הדרושה כדי ליישם חיבור אלחוטי זמינה בנקודת מחיר נמוכה בצורה בולטת, דבר המאפשר ליצרני המודולים להתחרות בעלות הקישוריות הקווית תוך הצעה של כל היתרונות הגלומים בה גם כפתרון האלחוטי.
מעבר לפלטפורמה המוכנה להפעלה, חברת Electric Imp גם מספקת מרכיבים של פתרון IIoT – כולל מודול Wi-Fi שפותח כדי לחבר צומתי IoT לשירות הענן שלה. המודול החכם מוצע בידי Murata Electronics ומשולב בו התקן קישוריות Wi-Fi מבית Broadcom עם מיקרו-בקר עוצמתי מבוסס ARM Cortex-M4 מבית STMicroelectronics.
לא די שהוא מגיע במידה של מ”מ בלבד, המודול החכם גם מציע 23 סוגי קלט/פלט הניתנים לתצורה כ-I/O אנלוגי, ממשק SPI, מקמ”ש UART, מעגל I2C או I/O דיגיטלי למטרות כלליות. גמישות הקלט-פלט של המודול תאפשר ליישם אותו כצומת IIoT עם הגדרת תצורה מזערית, כיוון שהוא מסוגל לארח יישום ולהתחבר ישירות אל החיישנים הרבים המצוידים כבר כיום בממשקי I2C, לדוגמה.
איור 4. מודול ERIC9-FCC
היכולת להבטיח נגישות מובנית לשירותים מבוססי הענן שלה הופכת את Electric Imp לאופציה משכנעת בתהליכי אימוץ של אסטרטגיית IIoT, אולם יישומים מסוימים עשויים לדרוש גישה פתוחה יותר בצורת אפשרות להתחבר לרשת אחרת או לספק שירות אחר. במקרה כזה, ייתכן שיהיה צורך בפיתוח נוסף של חומרת הביניים (middleware) כדי לאפשר התממשקות אל תוכנה עורפית, ולמרבה המזל מפתחי המודול מבינים זאת וכבר מספקים מודולים בעלי ערכות פיתוח תוכנה (SDK), כמו אשף הגקו מבית Silicon Labs.
מודול זה בנוי על מיקרו-בקר מבוסס ARM Cortex-M3 וערכת שבבים ל-Wi-Fi, והודות לכך הוא מסוגל להפעיל יישומי IoT במצב עצמאי. עם זאת, עבור יישומים מורכבים יותר הוא גם מסוגל לפעול לצד מעבד מארח (בדרך כלל חזק יותר), תוך התממשקות דרך UART,SPI או USB. במצב זה, המודול נשלט בידי המארח דרך ממשק תכנות יישומים (API) ברמה גבוהה מבית Silicon Lab, אשר נכתב בשפת C ומיועד לפעול במעבד המארח לצד יישום ה-IoT.
מ-WLAN ל-PAN
בעוד שטכנולוגיית ה-Wi-Fi ממוצבת כחלופה אלחוטית לקישוריות Ethernet/LAN, הטכנולוגיה שמאחורי הרשתות הפרטיות (PAN), גם היא הולכת וחודרת למגזר התעשייתי. חיבור ה-Bluetooth – וכיום בתקן Bluetooth 4.0, המכונה BLE – מהווה פתרון תקני לצורך הקמת קישוריות אלחוטית עמית-לעמית או רשתות ייעודיות (‘אד הוק’) למרחקים קצרים. הוא מתאים במיוחד ליישומים שבהם נאספים נתונים באופן תקופתי באמצעות מסוף כף יד, לדוגמה. מערכת מבית Panasonic היא מודול BLE חכם מבית Toshiba. המודול מגיע במידה של 15.6 × 8.7 מ”מ על 1.8 מ”מ גובה בלבד ומבטיח פתרון מאושר מראש של הוספת קישוריות Bluetooth לכל יישום תעשייתי, חדש או קיים.
כאשר מוסיפים קישוריות אלחוטית להתקנה קיימת, כמו במקרה של יישומים תעשייתיים רבים, ייתכן כי השימוש במודול ייעודי הנשלט בהוראות פשוטות מתוך מיקרו-בקר או מעבד קיים עשוי להיות מועיל יותר. בתרחיש כזה, ייתכן שלא יידרשו הסבה או פיתוח מחדש של היישום כולו, ואפילו תיתכן אפשרות להחליף חיבור קווי קיים במודול אלחוטי תוך מאמץ תכנוני מזערי.
פתרון טוב במקרה זה יכול להיות מודול מבית Microchip Technologies. מודול זה תומך בכמה שירותי Bluetooth ונשלט בפקודות פשוטות מבוססות ASCII הנשלחות דרך המעבד המארח.
פתרון מסוג תת-GHz
מודולים הפועלים בתדר 2.4GHz בתחום התדרים ללא רישיון של מגזר ה-ISM (תעשייתי, מדעי ורפואי), תוך התבססות הן על Wi-Fi והן על Bluetooth, מציעים גישה פשוטה לקישוריות אלחוטית – דבר המאפשר להתאים או להוסיף בפשטות רבה מרכיבים לציוד הפועל בסביבה תעשייתית. עם זאת, לעתים הטווח הנדרש עשוי להשתרע מעבר למוצע בטכנולוגיות PAN ו-WLAN, הגם שרוחב הפס הנדרש עדיין יכול להיות קטן יחסית (כמה מאות בתים של נתונים ובתדירות נמוכה). ביישומים אלה, פתרון אלחוטי הפועל בתחום של פחות מ-1GHz עשוי להיות יישומי יותר.
המודול ERIC9-FCC הוא חלק ממגוון ‘הבקרים החכמים האלחוטיים הפשוטים’ (eRIC) מבית LPRS. הוא פועל בטווח 868MHz לשימוש בבריטניה ואירופה או בטווח 915MHz לשימוש בארה”ב וקנדה, והוא גם מאושר מראש לגבי דרישות ה-ETSI (אירופה) וה-FCC (ארה”ב). במקום להשתמש בפרוטוקול IEEE, פיתחה LPRS פרוטוקול easyRadio משלה, המגיע כשהוא כבר מוטמע במודול יחד עם מערכת ההפעלה easyRadio – דבר המבטל את כל המורכבות שבהפעלת חיבור אלחוטי ומשאיר למשתמש הקצה משימה פשוטה יותר של גישה לפונקציונליות זו באמצעות פונקציות מוגדרות מראש. ההתקן, המיועד להרכבה משטחית, מגיע במידה של מ”מ בלבד וכולל הצפנת נתונים AES של 128bit וחיישן טמפרטורה מובנה.
מרק פטריק, Mouser Electronics
סיכום
האינטרנט-התעשייתי-של-הדברים (IIoT) הוא מערך משנה של ‘האינטרנט-של-הכול (IoE)’, אשר היקפו רחב בהרבה, אבל הוא חלק משמעותי ממנו. ישנם אנליסטים בולטים הסבורים שייתכן כי הוא מייצג מעל למחצית מכל מה שייחשב IoT בשנים הבאות.
היתרונות הגלומים באימוץ ה-IIoT ולו מבחינת עצם הגידול בפרודוקטיביות, פירושן כי צמיחתו תהיה בלתי נמנעת בכל מציאות עתידית. כגורם משני, השפעתה האפשרית של הנגישות הקלה לכמות כה רבה של נתוני ביצועים עשויה להתבטא בשיפור מעריכי של יחסי העלות-התועלת לגבי כל היישומים התעשייתיים העתידיים.
הצעד הראשון במסע זה יהיה חיבורם של התקנים קיימים לשירותים מבוססי ענן, והספקתה של קישוריות אלחוטית בצורת מודולים מאושרים מראש הולכת ונעשית גורם מוביל במימוש מטרה זו. הודות למגוון הרחב של מודולים זמינים – וללא ספק ישנם רבים נוספים בדרך – מתן האפשרות ליישומים התעשייתיים הקיימים והעתידיים שלך ליהנות מה-IIoT יכול להיות תהליך קל כמעט כמו ‘הכנס-הפעל’.
