Langattomat anturiverkot ammattisovelluksissa Tekes Ubicom, Pasila 21.6.2010 Mikko Sallinen, VTT
23.6.2010 2 SISÄLTÖ Ammattisovellusten erityisvaatimuksia ja tutkimusaiheita Esimerkkejä Induktiivinen tehon- ja tiedonsiirto NFC ammattisovelluksissa Langaton tiedonsiirto työkoneissa Infrarakentamisen langattomia sovelluksia Palo- ja pelastustoimen tukiverkko Yhteenveto
23.6.2010 3 ANTURIVERKOT AMMATTISOVELLUKSISSA ERITYSPIIRTEITÄ Langaton tiedonsiirto alkaa olla riittävän luotettavaa myös ammattisovelluksiin Erityisiä vaatimuksia langattomalle järjestelmälle: Ympäristö-olosuhteet Lämpötila ja sen muutokset, kosteus, tärinä, Rajapinnat ja liitynnät (sis käyttöliittymät) Kovan reaaliajan tiedonsiirto Tuotteiden pitkä elinikä Liiketoimintamalli on erilainen kuin kuluttajatuotteissa Sarjat, hinnat ja huolto/ylläpito
23.6.2010 4 ANTURIVERKOT AMMATTISOVELLUKSISSA TUTKIMUSAIHEITA (1) Verkon ja järjestelmän kokonaissuunnittelu Protokolla ja sen ominaisuudet palvelujen laatu, pakettien nopeus (sis. Reaaliaikaisuus), virheiden hallinta, reititys Sovelluskerroksen palvelut Hybridiverkot: langallinen, langaton, useammat langattomat menetelmät Tehonhallinta Luotettavuus, skaalattavuus ja konfigurointi Paikannus (1) Recent and Emerging Topics in Wireless Industrial Communications: A Selection. Andreas Willig. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL INFORMATICS, VOL. 4, NO. 2, MAY 2008
23.6.2010 5 ANTURIVERKOT AMMATTISOVELLUKSISSA ESIMERKKEJÄ Ohjaus ja säätö (WLAN) (2) Logistiikka (RFID) (3) Hybriditiedonsiirto logistiikan ohjauksessa (Bluetooth, RFID, GPRS) (4) Videokuvan ja rakennustiedon välitys (GPRS) (5) Tiedon keräys käyttäjälle (NFC) (6) (2) Frost and Sullivan, 2006 Wireless Networks in Industrial Automation, Report D650. 88p. (3) Crumb D. The potential of RFID in industrial automation, process control and manufacturing. The Industrial wireless book, 5p. (4) The Agile, Wireless Manufacturing Plant. ICT for Manufacturing, draft workshop report. 10th February, Brussels. 38p. (5) Lee-kuo L., Chiu-ching T., Che-jen C. Application and Evaluation of Wireless Transmission Technique at Construction Job-site. Asia-Pacific Services Computing Conference, 2008. APSCC '08. IEEE. Pp. 963 968. (6) Leong, C.Y., Ong, K.C., Tan, K.K., Gan, O.P. Near Field Communication and Bluetooth Bridge System IEEE International Conference on Mobile Commerce, Industrial Informatics, 2006. p. 50 55.
23.6.2010 6 HYÖTYJÄ LANGATTOMISTA ANTURIVERKOISTA 1. Ratkaisuja joilla korvataan langallinen järjestelmä: Kaapeloinnin korvaaminen langattomalla tiedonsiirrolla Etuja: kustannussäästöt, aika (huoltovapaus), helppo implementoida 2. Ratkaisuja jotka tuovat uusia mahdollisuuksia: Ominaisuuksien mittaus pyörivistä koneenosista Laajat ympäristömittaukset Yhdistetty tehon- ja tiedonsiirto Etuja: mahdollisuus todellisiin läpimurtoihin
ESIMERKKEJÄ 23.6.2010 7
23.6.2010 8 INDUKTIIVINEN TEHON- JA TIEDONSIIRTO Toimintaperiaate: Lukijalaite luo magneettikentän josta anturi saa tehon Magneettikentän modulaatiolla saadaan kaksisuuntainen tiedonsiirto lukijan ja anturin välille Menetelmää voidaan käyttää tilanteissa jossa välimatkat ovat lyhyitä Etuja: Ei tarvetta paristolle (täysin passiivinen anturi) huoltovapaus edullisuus Kompakti koko Yksinkertainen asentaa Energian tarjontaa voidaan lisätä paristoilla jolloin voidaan saavuttaa suuremmat virtatasot tai etäisyydet
23.6.2010 9 LUKIJARATKAISUJA 1. Geneerinen ratkaisu: lukijalaitteena matkapuhelin jossa NFC lukija Kaupallinen lukijaratkaisu edullinen Soveltuu myös ammattisovelluksiin Helppo pääsy internetiin puhelimen avulla NFC yhteensopivia antureita voidaan helposti liittää 2. Räätälöity ratkaisu : erillinen lukijalaite Lukijalaite kehitetty lähialueen antureiden ja reitittimien lukemiseen Ominaisuuksia voidaan lisätä käyttäjän tarpeiden mukaan, esim. Langaton UWB, Zigbee, Bluetooth laajakaistayhteys: WLAN, Kustannustaso korkeampi kuin puhelinratkaisulla NFC
23.6.2010 10 SOVELLUSESIMERKKEJÄ NFC Rakenteiden mittaus: Lämpötila, kosteus, mekaaniset rasitukset rakenteiden sisällä Betonin jähmettyminen Teollisuuden kunnonvalvonta: Koneiden monitorointi, ohjaus ja huolto Kuluttajatuotteet: Tehonkulutuksen monitorointi Henkilökohtainen terveydenhoito: NFC luettava kannettava täyspassiivinen kuumemittari VTT esitellyt idean Global NFC competition 2009 - kilpailussa Muut kehonpäälliset NFC luettavat anturit Implanttianturit +39 O +38 O +37 O +36 O Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun
23.6.2010 11 LANGATON TIEDONSIIRTO JA ANTURIVERKOT TYÖKONEISSA METSÄKONE Langaton pallo-ohjain: Teho- ja data siirretään induktiivisesti rungosta ohjaintikkuun Ei kaapelien kulumista ja vaihtotarvetta Langaton tiedon- ja tehonsiirto koneen alueella: Tiedonsiirto ohjaintietokoneiden välillä Ei kaapelien kulumista ja vaihtotarvetta Luotettava reaaliaikainen ohjaus
23.6.2010 12 LANGATON TIEDONSIIRTO JA ANTURIVERKOT TYÖKONEISSA POHJANVAHVISTUS Paalujen asemoinnissa opastava langaton järjestelmä: XML-muotoinen paalutussuunnitelma Paikannus RTK-GPS-laitteella Havainnollinen käyttöliittymä Keilan suoruuden mittausjärjestelmä Toteutumatiedon tallennus tietokantaan langattomasti Toteutuman synkronointi kaikille koneille Edistymisen etäseuranta internetin kautta selaimella
23.6.2010 13 LANGATON TIEDONSIIRTO JA ANTURIVERKOT AMMATTISOVELLUKSISSA POHJANVAHVISTUS II Lyöntipaalutuksessa syntyvän tärinän monitorointi: Langattomat mittaussolmut Reaaliaikainen mittaus ja tiedonsiirto Varoitus koneen kuljettajalle heti, jos raja-arvot ylittyvät
23.6.2010 14 LANGATON TIEDONSIIRTO JA ANTURIVERKOT AMMATTISOVELLUKSISSA ASFALTOINTIPROSESSI Miten asfaltointiprosessin logistiikkaa voidaan tehostaa? Koneryhmä: Asfalttiasema Kuorma-autot Levittimet Konsepti: Yhdistetään koneet langattomasti toisiinsa Sijoitetaan koneisiin antureita Käsitellään saatu data reaaliaikaisesti havainnolliseen muotoon
23.6.2010 15 LANGATON TIEDONSIIRTO JA ANTURIVERKOT AMMATTISOVELLUKSISSA Levitystyön edistyminen ASFALTOINTIPROSESSI Ennustetut kuorma- Autojen saapumisajat Asfaltin valmistuksen tunnusluvut PAVER 1 Tot. = 51% Pla = 1600 m2/h Atot = 2124 m2 As = 4166 m2 Plv = 80 m3/h Vtot = 106 m3 Vs = 208 m3 Plm = 33 t/h Mtot = 255 t Ms = 500 t MASS PRODUCTION: PAVER 1 Mvtot=255 t / 51% Ms=500 t Pmv= 63 t/h 8 t V = 4 m/min T2 = 174 C Yht. 22 t T1 = 186 C 8 t 7 t 7 t 3 min 8 t 5 min 12 min 27 min 1 min 3 min 8 t 1 min Tot. 24 t 25 min 1 min TRANSPORTATION: PAVER 1 Pk = 63 t/h Pkmax=90 t/h Kk=70 % Tol=3 min Tl=1 min Top=3 min Tp= 1 min Tka=27 min Tpa=26 min s=32 km 1 min Mitatut kuljetusmatkat Ja kuorma-autojen odotusajat Kuljetusketjun tehokkuuden tunnusluvut
23.6.2010 16 LANGATON TIEDONSIIRTO JA ANTURIVERKOT AMMATTISOVELLUKSISSA PALO- JA PELASTUSTOIMI Tavoitteena antaa hyvä yleiskuva pelastushenkilökunnalle onnettomuustilanteessa Tieto kerätään ympäristöön vietävillä kemikaalintunnistus sekä sääasema yksiköillä Tilannetta voidaan seurata kartasta reaaliaikaisesti
23.6.2010 17 LANGATON TIEDONSIIRTO AMMATTISOVELLUKSISSA PALO- JA PELASTUSTOIMI Tiedonvälitysverkko Video
23.6.2010 18 JOHTOPÄÄTÖKSET Anturiverkoilla saadaan todellisia hyötyjä myös ammattisovelluksissa Kustannustaso tulee koko ajan alaspäin Osaaminen lisääntyy ja uusia ratkaisuja uskalletaan toteuttaa Markkina- ja sovelluspotentiaalia on reilusti
23.6.2010 19 YHTEYSTIEDOT Mikko Sallinen Mikko.Sallinen@vtt.fi 040-7235263
23.6.2010 20 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa