Är verkligen allt på väg att bli trådlöst?

Författare: Georg Stawowy, styrelsemedlem för Innovation and Technology inom LAPP

Ibland tittar folk förvånat på mig när jag talar optimistiskt om kabelmarknadens framtid. Diverse framtidsforum ger intryck av att morgondagens värld kommer att se helt annorlunda ut; flygtaxi till hela världen, högintelligenta robotar, reguljära transporter till Mars och framför allt – en helt trådlös värld.

Det sistnämnda tycker jag är rent nonsens, och jag tänker inte berätta vad jag anser om resten. Många tekniker är rent teoretiska och kommer att förbli science fiction, eller så är de fortfarande i sin linda. Det har alltid funnits ett massivt glapp mellan de rubriker som inspireras av framtidsforskarnas drömmar och vilka framsteg som är tekniskt rimliga. Även om vissa fortfarande vägrar tro det, ersätter inte ny teknik nödvändigtvis gamla beprövade lösningar.

Kablar är en gammal teknik som har funnits i mer än 100 år. Men kablarna uppfyller fortfarande de tekniska behoven och är inte föråldrade eller gammalmodiga. Det är sant att trådlös teknik är nyare. Men den ersätter inte kablar, eftersom de båda teknikerna har olika fördelar och därför är lämpliga för olika användningsområden. Den nyare tekniken fungerar inte nödvändigtvis som en ung revolverman som skjuter ned den ålderstigna sheriffen. Marknadsekonomin är inte Vilda västern.

Hos LAPP anser vi att båda teknikerna ger utmärkta möjligheter för tillväxt, och erbjuder båda till våra kunder. Vi tror dock att kabeln kommer att vara lösningen att föredra för de allra flesta applikationerna även långt in i framtiden. Och vill man förstå varför, räcker det inte att bara jämföra tekniker. Vi behöver också ta hänsyn till helheten och de globala megatrenderna.

Vilka är då de megatrender som driver på det ökade antalet anslutningar? En är den ohämmade globala befolkningstillväxten och strävan efter ökat välstånd – även i utvecklingsländerna. Detta leder till ökat behov av elektricitet. Tillgång till elektricitet, moderna hushållsapparater och mobiltelefoner för den stora delen av den globala befolkningen som i dagsläget inte är uppkopplade mot elnätet eller datanätet, kommer att kräva fler anslutningar.

Det är oklart hur trenden mot att decentralisera energiförsörjningen kommer att påverka behovet av elkablar. Om strömgenerering och strömförbrukning sammanfaller kanske fler hushåll kan få ström från sin egen solcellsenhet eller en liten kraftvärmeenhet i källaren, vilket kan få distributionsnäten att krympa. Å andra sidan kommer människor att använda fler anslutningar i hemmet.

En annan megatrend är digitalisering, särskilt IoT (Internet of things) och Industri 4.0 och dess inverkan på anslutningssystemen. Om allt – till exempel maskiner och sensorer i fabriker – ingår i nätverk med andra saker och ansluts till internet, ökar antalet anslutningar exponentiellt. Den enorma ökningen av anslutningsvägar kommer att påverka tillväxten för både trådbundna och trådlösa lösningar.

Om rörlighet är viktigt eller om det är svårt att få fysisk åtkomst till komponenterna, har trådlös teknik uppenbara fördelar. I fabriker kommer till exempel fler och fler förarlösa transportsystem att användas, samtidigt som sensorer placeras överallt i vidsträckta anläggningar och på svåråtkomliga platser. Dessutom ökar antalet förflyttningar som helhet. Därför kommer den starka tillväxten för trådlös teknik att fortsätta.

Å andra sidan finns det en del begränsningar för Wi-Fi och liknande, som har negativ inverkan vid många industriella applikationer. Latens – fördröjningen mellan att en åtgärd aktiveras på plats A och att den börjar utföras på plats B – spelar alltid en viktig roll vid trådlös överföring av data. Detta är relevant vid sammankoppling av sensorer och ställdon i produktionsprocessen, där det ofta kan handla om millisekunder eller till och med mikrosekunder. Om data inte kommer fram i tid kan det vara avgörande för säkerheten. Om någon till exempel trycker på nödstoppknappen måste maskinen stanna omedelbart. Trådlös teknik kan ännu inte garantera sådan kommunikation i realtid. Den kommande 5G-standarden utlovar en latens på 1 ms, men hittills har detta endast gått att uppnå i laboratorier. Det återstår att se om standarden kan uppfylla de höga kraven inom industrin.

En annan aspekt att tänka på är motståndskraft mot störningar; radiosignaler kan störa känslig elektronik eller till och med läggas ihop med andra signaler. Resultatet blir att det ofta är extremt dyrt att installera ett trådlöst nätverk med tillräcklig täckning och motståndskraft mot störningar, till exempel i en fabrik med alla olika störningskällor som finns där. Dessutom bör hänsyn tas till problemet med datasäkerhet. Hackare i närheten kan ta sig in i trådlösa nätverk och stjäla känsliga data vilket kan vara kritiskt för ett företag, om de kommer över varumärkesskyddad information eller lyckas avslöja produktionsprocesserna.

Det blir allt vanligare att fokus övergår till trådlös överföring, inte bara av data utan också av energi. Men några av begränsningarna förbises ofta. Induktiv överföring av energi är endast ekonomiskt och tekniskt rimlig på korta avstånd, till exempel för att ladda en eltandborste eller smartphone. Elfordon kan också drivas med induktiv laddning via magnetiska spolar i marken. Men det är inget flexibelt alternativ; enheten som ska laddas måste placeras noga på en mycket specifik plats.

Det är i dagsläget inte ekonomiskt eller tekniskt möjligt att överföra ström till enheter som inte är i omedelbar närhet av en induktionsslinga. Inom industrier där bilkarosser flyttas och svetsas flödar enorma mängder ström till motorer, svetsutrustning, lasrar och liknande. Trådlös överföring av den stora effekt som krävs skulle medföra stora förluster, vilket inte är ekonomiskt hållbart.

Frågan om biokompatibilitet är också oklar; vilken inverkan kan starka elektriska fält som genereras vid induktiv strömöverföring ha på människor och djur? Det räcker med att tänka på de kontroversiella diskussionerna om inverkan av strålning från mobiltelefoner – och då talar vi om en effekt på bara ett par watt – för att få en uppfattning om vilka svårigheter som kan uppstå. Storskalig trådlös strömöverföring kommer därför att förbli science fiction under lång tid framöver.

Batterier är inte heller svaret. De är endast lämpliga för låg strömförbrukning och måste bytas regelbundet. Eller så kan de laddas, men då krävs en kabel. Till och med vid trådlös laddning, som vi har konstaterat endast fungerar på korta avstånd, måste elektriciteten på något sätt ta sig till sändarspolen.

Trådlös teknik för dataöverföring har slagit rot i fabrikerna på grund av fördelarna vid mobila applikationer. Där sker en årlig tillväxt på mer än 30 procent, men marknadsandelen ligger fortfarande på mycket låga sex procent. Den ”gamla” tekniken förändras också, men tillväxten är konstant. Till exempel har industriell Ethernet ersatt de traditionella fältbussarna vid automatisering av fabriker. Ethernet-baserade anslutningar har nu en marknadsandel på mer än 50 procent, vilket motsvarar en årlig ökning med 22 procent. De viktigaste drivkrafterna bakom industriell Ethernet är behovet av hög prestanda, integrering av fabriksinstallationer och IT/IoT-system samt, rent allmänt, användningen av IoT inom industrin.

Huvudanledningarna bakom den fortsatta tillväxten för gamla tekniker är säkerhet och tillförlitlighet. Här är kablarna överlägsna, och därför är de verkligen inte på väg att bli omoderna. Tvinnade koppartrådar med plasthölje är ett genialiskt, enkelt och billigt sätt att överföra data och elektricitet från A till B. Dessutom går latensen enkelt att beräkna med det naturliga konstanta värdet för ljusets hastighet. Om kabeln är skärmad är den i stort sett immun mot externa elektromagnetiska störningar och stör inte andra komponenter.

Det finns ingen hänsynslös konkurrens mellan kablar och trådlös teknik; båda har sina för- och nackdelar och de kompletterar varandra perfekt. En fabrik utan kablar kommer att fortsätta vara en utopi under många år framöver. Användarna bestämmer vad som ska användas utifrån sina egna behov. Anslutningslösningar behövs för den mycket komplicerade och allt mer automatiserade fabriksinfrastrukturen. Här är flexibilitet, säkerhet och prestanda avgörande – och dessa aspekter går endast att uppnå genom bästa möjliga kombination av olika tekniker.