Jste zde

RTLS průmyslové sledování polohy s UWB technologií

Antonín Vojáček, 22. Únor 2022 - 22:33

Sledování lidí a předmětů v reálném čase RTLS využívá bezdrátovou komunikační technologii UWB umožňující realizaci bezproblémového snímání a přesné určování polohy uvnitř budov pro různé aplikace v různých průmyslových odvětvích. Například takový systém od firmy Avalue se nazývá ARTEMIS.

Co je to RTLS a UWB?

RTLS je zkratka pro vnitřní polohovací systém RTLS (Real-Time Location System). Ten je stále více ceněnou technologií ve správě lokality, protože pomáhá podnikům výrazně zvýšit efektivitu správy a snížit náklady na pracovní sílu, protože umožňuje spolehlivě v budovách sledovat pohyb předmětů nebo osob vybavených vysílačem v podobě tagu (čipem či kartičkou) fungujícího jako vysílač. Mnoho technologií je schopno určovat vnitřní polohu, včetně Bluetooth, RFID nebo ZigBee. Ale nejlepší z pohledu přesnosti lokace, dosahu i odolnosti proti rušení je technologie UWB.

Technologie UWB (Ultra-WideBand) je ideální pro potřeby rychlého a poměrně přesného sledování polohy v rozlehlých vnitřních prostorách, nabízí nejvyšší přesnost polohování a stabilitu. Konkrétně umožňuje určování polohy s přesností na desítky centimetrů. Také má vysokou hloubku průniku, tedy je možné ji využívat snadno skrze stěny nebo podlahy a je velmi odolná proti rušení. Sledovaný objekt (tag) si vyměňuje informace s pevnými zařízeními (Anchor jednotkami) pomocí technologie UWB, která je určená pro LR-WPAN (Low-Rate Wireless Personal Area Networks), konkrétně RF pásmo 3,1 GHz ~ 10,6 GHz RF pásmo. To například eliminuje možné rušení s populárním bezlicenčním RF pásmem okolo 2,4 GHz, které se využívá pro WiFi i další různé bezdrátové datové komunikace.

Pomocí síly signálu mezi sledovanými pohybujícími se vysílači (Tags) a jednotlivými polohu sledujícími bránami (Anchors jednotky) lze určit vzdálenost od jednotlivých bran. Pomocí triangulace pak lze vypočítat přesnou polohu daného tagu. Zde se konkrétně využívá metody typu "time-of-flight", tedy určení polohy měřením doby potřebné pro průchod RF signálu z tagu do několika bran. Tento systém je tedy do značné míry imunní vůči významným změnám v síle vysokofrekvenčního signálu.

Tyto výhody již začaly některé společnosti využívat pro IoT a IIoT aplikace v různýchprůmyslových odvětvích. Technologie totiž nabízí velmi dobré možnosti sledování předmětů, materiálů i lidí ve výrobě, skladech, ve službách i v logistice. Například nasazení ve svých skladech i expedici již uvažuje společnost DHL - viz článek "Moderní technologie v logistice". Více informací o principu a funkci RTLS technologie najdete například v článku "Určování polohy v reálném čase s přesností na 10 cm".

Proč používat UWB RTLS v průmyslu, logistice a službách?

S rostoucí hektičností převozu předmětů, výrobků, materiálu, hektického pohybu lidí a se zvyšující se automatizací i samoobslužnými funkcemi je stále obtížnější řídit personál, objekty a události ve složitých vnitřních prostorách různých budov a areálů. Proto je stále více nevyhnutelné zavádět do provozu jednoduchý, ale vysoce spolehlivý a přesný systém sledování polohy, který umožňuje řídicím systémům umělé inteligence automaticky snadno sledovat a organizovat pohyb předmětů a lidí a zajistit, aby se určité předměty či volně se pohybující lidé neobjevili v místech, kde nemají co dělat.

Požadavek na přesnost vnitřní polohy je však obvykle odlišný od venkovního. Pokud je přesnost na několik metrů, může být daný předmět nebo osoba i v různých místnostech nebo mimo prostor. Pokud je výsledek určování polohy cílového objektu daleko od jeho skutečné polohy, ztratí svůj účel. Proto je vhodným řešením pro vnitřní prostory v centimetrech při zachování dostatečného dosahu po budově. V důsledku toho se na různých trzích zvýšila poptávka po umístění majetku, sledování polohy personálu a správě událostí pomocí technologie UWB. RTLS systém určování polohy v reálném čase s UWB technologií poskytuje dostatečně přesný, spolehlivý a okamžitý systém správy sledování polohy.

RTLS systém Avalue ARTEMIS s UWB

Známý tajwanský výrobce průmyslových počítačů a HMI panelů Avalue Technology nabízí v oblasti RTLS lokalizace a sledování v reálném čase řešení pojmenované jako RENITY ARTEMIS. Artemis byla řecká bohyně, která měla vynikající stopařské schopnosti a byla respektována jako mocná ochránkyně. Lokalizační a sledovací systém RENITY ARTEMIS tak má v tomto smyslu nabízet přesné sledování a vysoce přesné polohovací schopnosti pro ochranu cenných předmětů i jednotlivců a nabízet kompletní řešení integrující hardware i software. Jeho hardware zahrnuje jak RTLS UWB štítky (Tags) a brány (Anchors jednotky) navržené pro různá prostředí, tak i software ARTEMIS pro počítačové servery, na které jsou brány napojeny LAN ethernetovou sítí.

Z pohledu RTLS v sobě systém ARTEMIS kombinuje stabilní a přesné funkce bezdrátové komunikační technologie UWB s výpočtem TDOA. Metoda TDOA synchronizuje pouze brány, čímž eliminuje potíže se synchronizací pohyblivých zařízení. Pro určení polohy používá rozdíly mezi časem příjmu měřeným na více branách. Díky tomu má schopnost přesné lokalizace s přesností na +/- 30 cm.

Software pak v sobě obsahuje různé užitečné funkce a také v sobě integruje API softwarové aplikační rozhraní pro napojení na stávající MES, WMS a ERP systémy zákazníků. Funkce geofencing (geo-oplocení) umožňuje snadné segmentování omezené oblasti díky mapování podlah a realizovat tak schopnost elektronického plotu. Není třeba pracovat nebo něco fyzicky zařizovat na místě, stačí naplánovat rozsah v systému a pak použít RTLS k přesné segmentaci oblasti a přiřazení oprávnění k zadávání každému štítku (tagu). Kromě toho, že systém zabrání nebezpečí vstupu do nebezpečných oblastí osobami bez povolení, může také zabránit ztrátě majetku. Systém okamžitých upozornění pak zkracuje proces upozornění tak, že každý štítek (tag) v podobě kartičky je vybaven tlačítkem, kdy na situaci, kdy je potřeba upozornit manažera, může držitel stisknutím tlačítka proaktivně upozornit systém na žádost o podporu. V systému okamžitě vyskočí upozornění, které manažerovi připomene incidenty. To může zkrátit proces upozornění, když nastane důležitá situace, zlepšit dobu odezvy managementu a zvýšit efektivitu řízení. Štítek / kartička je plně zatavena v pevném ABS obalu a vnitřní akumulátor se nabíjí indukčně / magneticky (Magnetic Charging).

Funkce záznamu pohybu a přehrávání pak pomáhá zaznamenat aktivity a dráhu pohybu personálu, návštěvníků nebo dodavatelů. Například, zvláště když došlo k úniku dat, to pomáhá snadno identifikovat podezřelého. Bezpečnostní řídicí systém Workplace je schopen chránit personál při práci v nebezpečných zónách v továrně a personál může v případě nouze provést nouzové volání pomocí vestavěných tísňových tlačítek na každém štítku. Správa sledování aktiv je navíc další rozšířenou aplikací, která dokáže kdykoli a kdekoli znát umístění nejkritičtějších zdrojů (aktiv).

Integrace API kombinuje různé zdroje systému ARTEMIS pro vizualizaci a umožňuje jejich integraci s různým softwarem 3. stran, jako jsou registrační a inspekční systémy. Také ji lze propojit s dalším hardwarem, jako je CCTV. Tato funkce pomáhá uživatelům pohodlněji kombinovat nový systém a zlepšit efektivitu používání.

Základní vlastnosti RTLS ARTEMIS:

Vysoká přesnost lokalizace lepší než 30 cm.
Vysoká opakovatelnost a stabilita polohy v řádu desítek cm.
Vysoká průchodnost / dostupnost v budovách.
Odolnost proti interferencím díky široké šířce RF pásma a úzkému přenosovému pulsu.
Nízká spotřeba energie = dlouhá životnost baterie.

Klíčové výhody používání RTLS s UWB technologií:

Poskytnutí úplného přehledu pomocí systému řízení v reálném čase.
Nastavení neviditelné hranice (geo-oplocení) pro sledování jakéhokoli nevhodného chování na místě.
Snadné uskutečnění tísňového volání pomocí vestavěných tísňových tlačítek na každém štítku pro zvýšení bezpečnosti na pracovišti.
Sledování jakýchkoli objektů, zaznamenávání jakékoli aktivity na libovolných stránkách, všechny funkce jsou na dosah ruky.

Příklady použití RTLS ARTEMIS

V současné době se RTLS používá v různých oblastech s různými funkcemi, jako je personální management, který je schopen získat informace o poloze návštěvníků a dodavatelů v reálném čase pomocí inteligentního systému řízení personálu. Systém také nastavením omezené oblasti umožňuje odeslat varovné upozornění nebo spustit kameru pro kontrolu situace na místě, když neoprávněná osoba vnikne do zóny geo-oplocení (geofencing) nebo se tam v průběhu času zdrží.

Použití ve výrobě

V příkladu továrny na výrobu nástrojů, kde se nástroje často přemisťují v prostorách továrny nebo se dokonce odvážejí z továrny pro použití smluvními výrobci, mohou manažeři vidět polohu nástrojů na svých ručních zařízeních v reálném čase pomocí vázání RTLS štítků k nástrojům. I po odvázání nástroje bude systém stále udržovat záznam o jeho posledním umístění, čímž se zabrání možnosti ztráty nástroje. U nástrojů, které je třeba vyvézt z továrny, může Anchor jednotka nainstalovaná v nákladním vozidle také poskytnout polohu v reálném čase prostřednictvím signálů GPS. Manažerovi nástrojárny umožňuje komplexní sledování prostřednictvím ARTEMIS efektivnější alokaci nástrojů, což vede k efektivnímu zvýšení výrobní kapacity.

Například ve velké textilce jsou tisíce vozíků. Personál často stráví spoustu času hledáním určených vozíků a občas se vozíky mohou ztratit. Pomocí lokalizačního systému lze rychle najít polohu vozíku, čímž se značně zkrátí doba, kterou personál potřebuje k nalezení vozíku. Segmentace oblasti geofencingu může také zabránit vozidlu opustit zakázanou oblast a snížit tak pravděpodobnost ztráty.

Použití ve skladech

RTLS může pomáhat skladovému a logistickému průmyslu překonat výzvy v postpandemické éře. Od vypuknutí COVID-19 vedlo uzavření kamenných prodejen k většímu spoléhání se na elektronický obchod, což nutí provozovatele skladů a logistiky provést změny, aby mohli urychlit expedici a doručení zákazníkům. S přesným lokalizačním řešením ARTEMIS mohou mít operátoři skladů a logistiky lepší kontrolu nad svými aktivy, ať už jde o zboží, vysokozdvižné vozíky nebo AGV robotické vozíky. Jakmile jsou tato aktiva označena, mohou manažeři rychle najít nebo sledovat zboží a monitorovat umístění vysokozdvižných vozíků a jejich provoz, aby je mohli v případě potřeby přemístit a zlepšit tak provozní efektivitu v rámci areálu.

Použití ve zdravotnictví

Obslužný personál se může v různých pracovních prostředích setkat s mimořádnými událostmi. Jednou z hlavních funkcí ARTEMIS je schopnost upozornit příslušný personál, že má řešit nouzovou situaci. Například na pohotovostním oddělení nemocnice může integrace ARTEMIS do signalizačního systému nemocničního pokoje znamenat, že zdravotničtí pracovníci, kteří se setkají s náhlou násilnou událostí, mohou stisknutím nouzového tlačítka na štítku rozsvítit signální světlo na pokoji a bezpečnostní systém okamžitě odešle zprávu bezpečnostním pracovníkům k řešení mimořádné situace. Navíc integrací stávajícího systému s oznamovacím tlačítkem prostřednictvím API rozhraní lze stav pacienta vizuálně potvrdit pomocí CCTV. Tak lze zkrátit proces varování a zvýšit dobu odezvy pro zdravotnický personál.

Při použití v nemocnicích však mohou být různé kliniky a oddělení segmentovány pomocí geofencingu, takže pacienti nevstupují do nebezpečných oblastí, což snižuje riziko nebezpečí a snižuje tlak na vedení zdravotnického personálu.

Závěr:

Lokace výrobních a přepravních prostředků, monitorování pohybu osob v nebezpečných prostorách a zamezení nekontrolovaného vstupu osob do určitých prostorů zcela automaticky bez potřeby lidských pracovníků - to umožňuje RTLS systém s technologií UWB poměrně dobře realizovat prakticky v libovolném prostředí, ať jde o průmyslové areály, logistická centra, zdravotnická a nemocniční zařízení nebo různé úřady. UWB technologie je již známá několik let a již dostatečně zavedená a odzkoušená, aby ji bylo možné snadno a spolehlivě provozně použít. A tak již různí výrobci nabízejí kompletní komponenty i se softwarem pro realizaci. Jednou je například zde zmíněná společnost Avalue nebo Sewio Networks.

Více podrobností o principu UWB a RTLS najedete v dalších článcích na HW serveru: "Určování polohy v reálném čase s přesností na 10 cm" a "Bliží se konec Bluetooth a Wifi?".