Il futuro è nel wireless

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Si parla di un mercato industriale del Wireless Sensor Network (WSN) raddoppiato negli ultimi due anni. Reti in espansione poiché considerate sicure, affidabili e fruibili in nuove soluzioni di monitoraggio e di controllo in precedenza troppo costose o poco accessibili.

In una recente ricerca di mercato su elettronica industriale e reti della conoscenza, Electronics.ca ha addirittura stimato un aumento dei dispositivi wireless installati in campo industriale del 553% tra il 2011 e il 2016, quando si ritiene che saranno disponibili quasi 24 milioni di sensori e attuatori wireless distribuiti in tutto il mondo.

I campi di utilizzo

A partire dalla fondamentale domanda su quale uso venga fatto dei sensori di livello e dei trasmettitori all’interno dei processi industriali, per la Frost & Sullivan – società americana di consulenza strategica, analisi e ricerca di mercato, nata nel 1961, con sede in California e uffici attivi in oltre 40 paesi, tra cui l’Italia – a rispondere è l’analista Rajender Thusu. «I sensori di livello sono usati per misurare il livello di liquidi, solidi, granuli, polveri, olio e liquami. Ne esistono di due tipi, continui e puntuali. Per i primi, l’uscita del sensore è una lettura continua del livello, misurato all’interno di un intervallo specificato. Per i secondi, utilizzati come interruttori o come allarmi, un livello specifico viene rilevato dal sensore e quella lettura puntuale può essere trasformata per ottenerne un livello continuo. I sensori di livello sono utilizzati in quasi tutti i settori immaginabili. Le varie industrie che questi sensori servono, includono il settore delle acque e delle acque reflue, l’alimentare e le bevande, il settore farmaceutico, del petrolio e del gas, chimico e petrolchimico, nonché numerosi altri ancora. Ciò che varia da un settore all’altro è il campo d’applicazione. L’industria di processo è per esempio il più grande settore industriale a utilizzarne. Il livello è infatti un parametro importante nell’industria di processo, unitamente alla temperatura, alla pressione e alla portata. Ed in questi processi i sensori di livello costituiscono un importante parametro di controllo sia a livello sub-sistema che del sistema. Le variazioni nel modo in cui vengono utilizzati i sensori di livello dipendono dalla tipologia di utente finale di quel settore. Per olio e gas, i sensori di livello sono usati in down-hole e così anche le operazioni nelle applicazioni a monte, per monitorare i livelli di serbatoio e di pompaggio. Nell’industria chimica, i sensori di livello vengono utilizzati dalla caldaia ai recipienti di reazione dai serbatoi alla demolizione dei rifiuti. Mentre in agricoltura i livelli sono utilizzati dai silos di deposito del grano sino alle operazioni di monitoraggio durante il confezionamento della farina. Allo stesso modo, nell’industria cementizia, i sensori di livello sono usati dal trituramento delle pietre calcaree sino all’insaccamento del cemento. Percentualmente, l’impiego di sensori e trasmettitori di livello nel settore chimico e petrolchimico domina la generazione dei ricavi del settore, contribuendo per un 22,1% alle entrate totali. Mentre alimenti e bevande contribuiscono per un 15,2%, e acqua e acque reflue per un 12,1%, nel settore chiave dell’utenza finale che genera un’altra fetta di consistenti entrate per il mercato in esame. Agricoltura, produzione di energia e il settore delle costruzioni, sono invece mercati di minori dimensioni con un fatturato inferiore al 5% del totale».

Le dinamiche del mercato

«Nella relazione tra prodotto e mercato – prosegue l’analista – si è maturata una fase di crescita che ha raggiunto il suo massimo potenziale e nel trend annuale nessun altro incremento o integrazione può esser testimoniato. In una fase di raggiunta maturità quindi, questo mercato sta crescendo a un ritmo inferiore rispetto al tasso di crescita medio, dal momento in cui l’ampliamento del mercato ha toccato dimensioni ragguardevoli e il prodotto è divenuto merce diffusa. In una fase di maturità del genere del ciclo di vita del prodotto è necessario avvertire che, senza alcuna strategia di sostegno, il declino s’annida dietro l’angolo. Quindi, per mantenere stabile tasso di crescita e quota di mercato, la maggior parte delle aziende sta tentando di mettere in atto strategie diverse, dalla differenziazione dei prodotti a quella del servizio ai clienti, tra continui aggiornamenti di prodotto e molto altro ancora. In questa fase, il potenziale di crescita totale del mercato è ancora in fase di studio e si registra un tasso di crescita annuale sia in termini di volumi che di ricavi. Nel mercato dei sensori di livello sono molte le tecnologie di contatto come il peso e il cavo, le pale rotanti e le catene resistive. Gli air-bubbler e gli altri aeratori sono in una fase di maturità del proprio ciclo di vita, mentre tecnologie senza contatto come ultrasuoni, microonde e radar sono in una fase di ulteriore espansione. Ed uno deiprincipali motivi è che queste tecnologie, evitando il contatto, non interferiscono con il mezzo di cui il livello viene monitorato.»

L’andamento dei prezzi

Spiega ancora Rajender Thusu della Frost & Sullivan: «Il prezzo medio di un sensore di livello dipende dal tipo di sensore e dall’applicazione, che include i diversi mercati finali, la profondità di misura e il metodo, che possono essere sia a contatto che senza contatto, i livelli di tecnologia incorporata al sensore, il modo d’acquisto, le caratteristiche di progettazione e gli accessori utilizzati. In generale, possiamo parlare di un range di prezzo compreso tra i 50 e i 10.000 dollari americani e il sensore di livello più costoso è sicuramente il sensore di livello radar a modulazione di frequenza a onda continua (FMCW). Il prezzo del sensore di livello dipende inoltre dal metodo di acquisto, poiché ovviamente il prezzo indicato all’ingrosso varia da quello del distributore. Nel qual caso il prezzo del sensore può costare anche 5.000 dollari in più, com’è per alcuni dei sensori tra i più costosi quali i già citati radar FMCW. Il prezzo dei sensori a microonde e radar dipende principalmente dalla tecnologia incorporata, come l’onda guidata, il through-air e la frequenza d’onda continua, tutti dispositivi che vengono utilizzati in applicazioni specifiche. La tendenza generale dei prezzi dei sensori di livello è comunque quella di una generale stabilità».

Gli attori in campo e l’andamento geografico

«Rosemount è l’azionista dominante nel mercato mondiale dei sensori di livello e dei trasmettitori – illustra ancora l’analista Rajender Thusu, descrivendo il settore – L’azienda produce una vasta e buona gamma di sensori e trasmettitori e si rivolge alle esigenze degli utenti finali, in particolare per ciò che riguarda l’automazione e il controllo delle applicazioni nei processi industriali, mantenendo così il proprio dominio nella manifattura di varie tipologie di sensori per quanto concerne il mercato dei clienti finali. Mentre nel mercato dell’Original Equipment Manufacturer (OEM), sono i sensori GEMS a svolgere un ruolo dominante di mercato, senza che i sensori di livello siano venduti direttamente agli utenti finali, ma rivolgendo la propria produzione su misura ai propri clienti che li utilizzano nei loro strumenti destinati alle diverse applicazioni. Di conseguenza, la maggior parte di questi sensori sono venduti come parte dello strumento o del dispositivo con il marchio del rivenditore. Sono presenti inoltre anche altri produttori di sensori di livello, come Kobold e Endress+Hauser, che utilizzano differenti tecnologie. Queste due grandi aziende hanno una vasta gamma di sensori e si rivolgono al mercato globale e in quanto produttori multinazionali spesso formano alleanze e partnership tecniche con alcuni produttori nazionali per soddisfare la domanda del mercato locale nei differenti Paesi. Esiste inoltre un certo numero di produttori di sensori di livello che competono all’interno di una regione geografica specifica, come il Nord America, e per soddisfare le esigenze dei clienti tengono sia un linea di prodotti basata su una singola tecnologia che su una selezionata gamma di tecnologie, operando all’interno di mercati di nicchia o meno. Con la globalizzazione in aumento e il rapporto costo-benefici che sta diventando una tra le preoccupazioni principali, un certo numero di produttori di sensori di livello del Nord America ha poi creato le basi della propria produzione in Cina, India, Taiwan, Polonia, e in alcuni paesi dell’Europa orientale. Tuttavia, la maggior parte della produzione s’è spostata in Asia, e i sensori di livello prodotti in questa regione sono da lì in vendita negli Stati Uniti, in Canada e in altri paesi europei. Una parte di questi sensori trova inoltre domanda all’interno dei paesi asiatici, soprattutto in Cina. K-Tek, attualmente l’unico produttore statunitense di laser misuratori di livello, è probabilmente in grado di fornire sensori come il LM4C da un terzo a una metà rispetto al costo delle unità importate. I concorrenti nel segmento del peso e della tecnologia via cavo, includono misure di rischio (Venture Measurements) che hanno portato a introdurre Bindicator, GP Yo-Yo, BinMaster con Bob e la gamma di prodotti Smart-Bob II, e tecnologie di monitoraggio (Monitor Technologies) come il sistema di inventario-monitoraggio SiloPatrol. Aziende come Thermo Ramsey che producono ultrasuoni e altri sensori competono inoltre nel mercato mondiale globalizzato dei sensori e dei trasmettitori con la produzione e la commercializzazione del Bob e della gamma di prodotti Smart Bob II. Nel mercato globale dei sensori di livello, mentre da un lato Nord America ed Europa occidentale esibiscono il proprio stadio di maturità, l’Asia del Pacifico mostra un’imponente crescita. Esistono diverse ragioni per questo e il passaggio chiave è la delocalizzazione della produzione da parte di alcune importanti aziende in paesi come la Cina e l’India, l’esternalizzazione del prodotto da parte del mondo occidentale e la crescita di alcune economie asiatiche come Cina, India, Malesia, Corea del Sud e altre.»

Le prospettive future

Conclude quindi, indicando i prossimi sviluppi del settore. «La tecnologia wireless si sta gradualmente facendo strada nel mercato dei sensori di livello. Questo è vero sia in termini di tipologie di sensori, che di mercati verticali e segmenti geografici, Italia inclusa. Come nella maggior parte dei paesi occidentali, la tecnologia wireless inizia a essere utilizzata anche in Italia nelle applicazioni industriali. Nonostante il networking dei sensori wireless sia una tecnologia in cui si possono verificare dei disturbi, ha le potenzialità per esser messa in uso unitamente ad altre tecnologie del futuro. Tuttavia ci sono un buon numero di aree dove le compagnie di sensori wireless debbono concentrarsi, settori che avranno un impatto significativo nella crescita dei sensori wireless. Il fatto che le tecnologie di rete dei sensori non siano realtà a sé stanti (stand-alone) è un campo di interesse. Il graduale sviluppo dei sensori wireless è il risultato di un successo di una rete o di un nodo all’interno di una rete di sensori, ma questo sviluppo viene ora fatto proprio in un altro pezzo di attrezzatura e questo porta con sé un grande potenziale da esprimere anche per il futuro. Poiché questi sistemi consentono una pronta integrazione con i sistemi già esistenti, c’è stato poi un notevole interesse per l’installazione di questi sensori su base sperimentale. Con le loro funzionalità wireless questi dispositivi possono essere installati in aree remote, dove è impossibile posare sistemi cablati. Inoltre, i sistemi di rete di sensori senza fili consentono comunicazioni affidabili in termini di tecnologie come il Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS). Con un’affidabilità sufficientemente elevata. Il sensore wireless può inoltre essere impiegato quasi ovunque in virtù del suo costo ridotto rispetto a un sistema cablato. Con i recenti progressi nei sistemi embedded e nella tecnologia wireless, l’hardware utilizzato sta diventando sempre meno costoso e facilmente disponibile. Inoltre, dal momento che questi dispositivi confermano gli standard del settore come il IEEE 802.15.4 per l’hardware delle comunicazioni radio e l’emergente standard ZigBee per reti tra dispositivi, i tassi di adozione di sensori wireless risultano in aumento pure per quanto riguarda i mercati verticali degli utenti finali.»

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