WLAN et Bluetooth ont une bande passante limitée, rendant la communication sans fil conventionnelle problématique dans l'environnement de production. Néanmoins, de nombreux composants tels que des capteurs et des robots doivent être connectés sans fil. Pour surmonter ce défi, une équipe de chercheurs de Fraunhofer IOSB-INA à Lemgo travaille sur des solutions avec l'aide de l'Université des sciences appliquées et des arts d'Ostwestfalen-Lippe (OWL). Bientôt, on espère que les machines dans les bâtiments d'usine communiqueront entre elles à l'aide d'impulsions lumineuses. Cette technologie n'est pas nouvelle, mais maintenant il doit être adapté pour une utilisation dans l'industrie.

Systèmes de transport sans conducteur, bandes transporteuses, moteurs, robots, capteurs, drones, systèmes de surveillance, appareils mobiles, et un large éventail de machines et d'équipements, ils communiquent tous entre eux et échangent des données dans l'environnement de production. Ils sont souvent installés et exploités dans des endroits différents, rendant une connexion sans fil indispensable - et elle doit fonctionner sans problème si les temps d'arrêt de la production doivent être évités. Nous profitons depuis longtemps des avantages des connexions sans fil telles que le WLAN (WiFi) et le Bluetooth dans notre vie professionnelle et personnelle, mais dans la fabrication, la communication sans fil conventionnelle approche de ses limites :le WLAN et le Bluetooth ont une bande passante limitée. Face au nombre croissant d'utilisateurs, récepteurs et appareils, le spectre sans fil est surchargé. Alors que la technologie 5G résoudra ce problème, les chercheurs de Fraunhofer IOSB-INA à Lemgo, la branche Automatisation industrielle de l'Institut Fraunhofer d'optronique, Technologies système et exploitation d'images IOSB, Je pense qu'il existe un moyen plus efficace et sans licence de surmonter les défis de la communication dans l'environnement de fabrication. Ils adoptent une approche différente et ont choisi le spectre de la lumière visible pour la transmission de données sans fil. Les experts appellent cette technologie la communication par la lumière visible (VLC, voir encadré). "Le spectre lumineux est environ 4000 fois plus large que l'ensemble du spectre sans fil disponible. Il va de longueurs d'onde de 380 à 800 nanomètres, " dit Daniel Schneider, chercheur à Fraunhofer IOSB-INA. Avec ses collègues et OWL University of Applied Sciences, il travaille à amener VLC dans l'industrie. Les travaux de recherche sur le projet "Visible Light in Production" financé par le ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Énergie (BMWi) - un projet de recherche collaborative industrielle dirigé par la Société allemande de recherche pour l'automatisation et la microélectronique (DFAM) - ont déjà commencé il y a un an .

Manque d'études sur les conditions de VLC en milieu industriel

VLC est déjà utilisé dans les bureaux, maisons et laboratoires et, depuis peu, il est également utilisé pour mettre en œuvre des systèmes de navigation intérieure dans les centres commerciaux. Bâtiments d'usine, cependant, là où il y a beaucoup plus de sources d'interférences, présentent des défis importants pour la technologie des communications qui n'ont pas encore été étudiés de manière suffisamment approfondie. "Comme alternative à l'accès au réseau sans fil conventionnel, nous utiliserons disponible dans le commerce, LED écoénergétiques pour notre solution de communication en lumière visible. La clé est de pouvoir établir un système qui s'avère résistant à autant d'interférences que possible, " précise Schneider. Ce genre de système est fiable en cas de problèmes de couverture dus aux murs, objets métalliques, machines et autres signaux perturbateurs peuvent être surmontés. "Lumière artificielle, les effets d'ombrage et les reflets peuvent influencer la transmission des données par la lumière. En collaboration avec cinq entreprises industrielles, nous avons effectué des mesures pour analyser dans quelle mesure ils le font, et dans quels domaines et montants." Parmi d'autres outils pour les tests, ils ont utilisé un spectromètre qui peut être tourné autour de deux axes et qui mesure la distribution spatiale des sources d'interférence. La campagne de mesure s'est concentrée sur trois facteurs d'influence au total :la lumière ambiante, particules et réflexions ambiantes, que les experts appellent également la diffusion par trajets multiples.

Les reflets lumineux interfèrent avec la transmission des données

Les tests ont montré que les particules de poussière ne posent aucun problème pour les signaux optiques. « Les bâtiments de l'usine sont normalement bien ventilés, Ainsi, les concentrations de particules typiques n'absorbent pas le signal lumineux dans une mesure pertinente, " dit le chercheur. Les personnes et les véhicules qui se déplacent lentement (0,2 m/s) ne nuisent pas non plus à la qualité du signal. La lumière ambiante, d'autre part, affecte tout le spectre optique. Les partenaires du projet ont identifié un total de dix modèles dont les conditions d'éclairage influencent les systèmes VLC. Parmi eux, les procédés de soudage et les tubes fluorescents, ainsi que des systèmes de poursuite optique, mais les effets de ceux-ci sont strictement locaux et n'affectent pas les environs. Par conséquent, selon les résultats des tests, Les systèmes VLC doivent être capables de répondre de manière adaptative aux conditions d'éclairage pour minimiser ces types de facteurs d'interférence. Les chercheurs ont également identifié la diffusion par trajets multiples comme un facteur d'interférence :« Une lampe émet de la lumière dans plusieurs directions, et cette lumière atteint le récepteur via des réflexions. Si ces réflexions varient beaucoup, puis la lumière atteint le récepteur à des moments différents et avec des degrés d'absorption variables. Cela déforme le signal utile dans la plage de la nanoseconde et diminue la qualité de la transmission, " explique le chercheur. Sur la base des résultats des mesures quantitatives, Schneider et son équipe développent des systèmes VLC adaptés à l'environnement pour une utilisation industrielle.

Aucune chance de vol de données

VLC offre non seulement de plus grandes bandes passantes que le WLAN, il assure également la sécurité des données. Les signaux sans fil traversent les murs, ainsi les communications peuvent être interceptées et manipulées à l'extérieur des bâtiments de l'usine. Ce n'est pas possible avec la lumière. Les attaquants potentiels n'ont aucune chance ici. Un autre avantage est que VLC permet de connecter sans fil plus de 1000 appareils entre eux. « Une fois que nous avons établi la conception idéale pour notre système VLC sur la base de notre campagne de mesure, nous pourrons faire fonctionner plus de 1000 appareils en un seul endroit d'une manière qui économise de l'énergie, est sécurisé contre l'interception et est insensible aux champs électromagnétiques, " précise le chercheur de Lemgo. Outre l'éclairage au plafond, le matériel requis devrait être limité à une connexion Internet et un émetteur-récepteur connecté au terminal. Le démonstrateur existant est actuellement testé en conditions réelles dans la SmartFactoryOWL de Lemgo. Les deux, grandes entreprises et PME, devraient bénéficier du système achevé dès le milieu de 2021.