Wireless in der Industrie setzt sich durch

Industrial Ethernet Journal: Herr Weinländer, was sind die wichtigsten Anforderungen, denen heutige Industrieunternehmen gegenüberstehen? Und welche Rolle spielt dabei die Funktechnologie? Weinländer: Neben global verteilten oder mobilen Fertigungseinrichtungen gehört die variantenreiche Fertigung statt Massenfertigung von der Stange sicher zu den wichtigsten Anforderungen, denen sich Industrieunternehmen von heute stellen müssen. Dazu müssen sie sicherstellen, wie mit vielen Varianten in kleinerer Stückzahl effizient umzugehen ist. Zentral gesteuerte Systeme stoßen hierbei an ihre Grenzen. Trotz Dezentralisierung haben wir nach wie vor irgendwo auf höchster Ebene ein Leitsystem, das zentral über allem steht. Auf der anderen Seite hat man vom Internet gelernt, dass sich selbst organisierende dezentrale Systeme stabiler, robuster und günstiger funktionieren. Das in die Indust- rie übertragen heißt: Sich selbst organisierende Strukturen in den Fertigungseinheiten übernehmen die Fertigungsplanung bis hin zu Steuerungsaufgaben. Das setzt allerdings voraus, dass jedes einzelne Teilprodukt identifiziert werden können muss. Darüber hinaus muss es, um Steuerungs- und Monitoringaufgaben zu übernehmen, auch Metadaten wie z.B. Produktionsanweisungen oder Qualitätsdaten transportieren können – Daten, die gegebenenfalls auch aktualisiert werden müssen. Dazu haben wir heute im Prinzip nur eine Option: RFID (Radio Frequency Identification), die Technologie, mit der man auch Daten schreiben kann. Und hierzu braucht man die Funktechnologie. Doch auch bei selbstorganisierenden Strukturen kommt man ohne datentechnische Vernetzung nicht aus. Bei der Kommunikation zwischen den Maschinen und dem Erzeugnis hat sich RFID bewährt. Für die Kommunikation zwischen den Maschinen bzw. den Monitoring- und Leitsystemen kommt die aktuelle WLAN-Technologie ins Spiel. Industrial Ethernet Journal: Herr Glas, der jüngste physikalische WLAN-Standard IEEE802.11n erreicht mithilfe der Technik Multiple Input Multiple Output (MIMO) noch höhere Datenraten bzw. noch größere Reichweiten als die älteren Standards. Wie schafft das MIMO und welche Vorteile bietet dies besonders im industriellen Umfeld? Glas: Bei der Übertragung von Funksignalen ist die grundsätzliche Problematik von Reflexionen zu beachten, die das Nutzsignal stören oder schwächen – bisweilen so stark, dass das Signal gar nicht mehr ankommt. Eine fundierte Funkplanung, die auch dynamische Änderungen der Umgebung miteinbezieht, ist daher für eine zuverlässige Übertragung unerlässlich. Die MIMO-Technologie macht aus der Not eine Tugend, indem sie die Reflexionen zur passiven Signalverstärkung ausnutzt: Das Signal wird über mehrere Funkkanäle gleichzeitig gesendet. Die über unterschiedliche Wege beim Empfänger ankommenden Teilsignale – direkt oder reflektiert -werden mit einem ausgeklügelten Algorithmus zu einem verstärkten Gesamtsignal kombiniert. Damit können in noch so kritischen Umgebungen zuverlässige, robuste und quasi echtzeitfähige Funkverbindungen aufgebaut bzw. aufrechterhalten werden. Heutige Premium-Produkte nach dem neuen WLAN-Standard IEEE802.11n verfügen mit 450MBit/s – die im Standard spezifizierte Bandbreite von maximal 600MBit/s kann mit heutigen Funkmodulen noch nicht erreicht werden – über eine Bandbreite, mit der neben steuerungsrelevanten Prozessdaten auch Full-HD-Video-Daten übertragen werden können, die ihrerseits nicht nur zum Monitoring, sondern auch zur Prozesssteuerung verwendet werden können. Industrial Ethernet Journal: Was bietet Siemens in Bezug auf den neuen Standard schon heute? Glas: Wir bieten schon heute ein umfangreiches Portfolio an Access Points und Clients gemäß IEEE802.11n mit einer Bandbreite von bis zu 450MBit/s – sowohl als Stand-alone- als auch als Controller-based-Varianten. Ein solcher WLAN-Controller, z.B. des Typs Scalance WLC 711, kann auch die zentrale Administration des Funknetzes übernehmen, was ab einer bestimmten Anzahl von Access Points vorteilhaft wird. Ein weiterer Vorteil des WLAN-Controllers ist die Möglichkeit, ihn parallel für das Telefonieren über Computernetzwerke (VoIP-Telefonie) zu verwenden. Dadurch lässt sich die Telefonie des Büronetzes einfach und drahtlos in die Industrieanlage integrieren. Neben den aktiven Komponenten wie Access Points und Client-Module haben wir auch unser Portfolio an passiven Komponenten erweitert. Beispiele sind MIMO-Antennen für die parallele Übertragung von bis zu drei Datenströmen sowie die entsprechende Verkabelung. Industrial Ethernet Journal: Echtzeit und Sicherheit sind in der Automatisierungstechnik unverzichtbar. Wie lässt sich beides bei drahtlosen Verbindungen garantieren? Glas: Ein Funknetz ist ein sogenanntes \’Shared Medium\‘, d.h., dass sich alle Teilnehmer die Übertragungsstrecke durch das Medium Luft teilen müssen. Die Funksysteme selbst sorgen nun dafür, dass die verfügbare Bandbreite dynamisch unter den Benutzern aufgeteilt wird. In einem WLAN nach IEEE802.11 bekommt jeder Teilnehmer gleichberechtigt für eine bestimmte Zeit die volle Bandbreite zur Verfügung gestellt – nach dem Motto: Wer zuerst kommt, \’funkt\‘ zuerst. Alle anderen Teilnehmer müssen dann warten. Auch wenn die Bandbreite groß genug ist und der Ablauf schnell genug, ist die Echtzeitfähigkeit mit dieser Art der Kommunikation nicht unbedingt gewährleistet, da ohne weitere Maßnahmen die Reihenfolge der Datenübertragung nicht vorhersehbar bzw. vorherbestimmbar ist. Das patentierte Protokoll iPCF (industrial Point Coordination Function) der Scalance W Access Points und Clients sorgt dafür, dass jeder Teilnehmer pro Zyklus angesprochen wird, und gewährleistet auf diese Art die Echtzeitkommunikation. Außerdem lässt sich so auch eine Safety-Kommunikation über Funkzellen übergreifend realisieren. Industrial Ethernet Journal: Welche Rolle spielen die Mobilfunkstandards UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) und LTE (Long Term Evolution) heute in der Industrie? Glas: Bei immer mehr industriellen Unternehmen spielt die globale Vernetzung eine entscheidende Rolle. Webbasierte Zusammenarbeit, Dienstleistungen wie Wartung oder Trouble Shooting oder einfache SMS über das Handy sind aus dem industriellen Umfeld nicht mehr wegzudenken. UMTS, das Zellennetz der dritten Generation, ist heute weltweit Standard, wenn auch in preissensitiven Applikationen noch GPRS/Edge-basierte Lösungen zum Einsatz kommen. LTE bietet als Zellennetz der vierten Generation künftig mit bis zu 50MBits/s Bandbreite die drahtlose Basis für die Integration weiterer Dienste in das Funknetz. Industrial Ethernet Journal: Zurück zu Industrie 4.0: Der Trend zur Individualisierung der (Massen-) Produktion gesteht dem entstehenden Produkt erstmals eine entscheidende Rolle zu. Welche Rolle spielt für eine solche Entwicklung die schon heute existierende und im Handel etablierte UHF-Technologie? Weinländer: Die relativ große Reichweite (ca. fünf bis acht Meter) bei niedrigen Transponderkosten macht UHF-RFID als Basis für ein durchgängiges Identsystem in Produktion und Logistik interessant. Der Vorteil der größeren Reichweite ist aber gleichzeitig auch der Nachteil. In der Fertigung selbst gibt es viel Metall und auch Flüssigkeiten und damit sehr viele Störungen durch Reflexion. Inzwischen kann man aber sagen, dass UHF-RFID-Systeme in der Fertigung bei Reichweiten von ein bis zwei Metern stabil sind. UHF ist für den Handel entwickelt worden mit dem Ziel, in der sogenannten Pulklesung möglichst viele Teile zu erfassen. Die Pulklesefähigkeit ist von Vorteil in Produktionen mit geringer Fertigungstiefe, wenn alle Zulieferer ihre Teile mit Transpondern ausrüsten. Allerdings muss sie dann auch selektieren können. Das heißt: Bei der Pulklesung muss klar sein, ob der Airbag oder die Karosserie gemeint ist. Das ist nicht ganz trivial, denn die in der Werkshalle durch die Funkwellen entstandenen Reflexionen können dazu führen, dass relevante Transponder nicht, nicht-relevante aber sehr wohl gesehen werden. Inzwischen haben wir eine neue Generation von UHF-Lesern sowie UHF-Smart-Labels entwickelt, mit denen wir diese Probleme sehr gut in den Griff bekommen haben und damit erreicht haben, dass UHF-RFID tauglich für die Industrie ist. Ein Beispiel ist der Einsatz des RFID-Systems Simatic RF600 in den Mercedes-Werken Rastatt und Kecskemét (Ungarn). Dabei begleiten Einweg-Transponder die Karosse vom Rohbau bis in die Endmontage. Das System erfüllte mit einer Leserate von durchschnittlich 99,99% erfolgreich sämtliche Anforderungen an Zuverlässigkeit und Praxistauglichkeit. Auch wenn es etwas gedauert hat: UHF tritt in der industriellen Identifikation seinen Siegeszug an und ist auch absolut kompatibel mit WLAN, da sich die Frequenzbänder nicht überlappen. Industrial Ethernet Journal: Meine Herren, vielen Dank für das Gespräch.