Industrial Wireless

Gute Gründe für den Einsatz drahtloser Technologie

Eine durchgängige Datenkommunikation von den Automatisierungssystemen im Feld (Operational Technology, OT) bis in die industriellen IT-Systeme (IT) ist zwingende Voraussetzung für die Realisierung innovativer Automatisierungssysteme wie Industrie 4.0 (I4.0) sowie für das industrielle Internet der Dinge (IIoT).
Im Vergleich zu den kabelbasierten Feldbus- und Industrial-Ethernet-Netzwerken ist der Anteil der Wireless-Netzwerke in der Industrie noch gering; die Nachfrage steigt jedoch stetig. Bisher werden sie meist nur als Punkt-zu-Punkt-Kabelersatz in Anwendungen mit rotierenden oder beweglichen Teilen eingesetzt.

Doch die modernen funkbasierten Netzwerke können weit mehr. Im Umfeld von I4.0 und IIoT entstehen neue Maschinen- und Bedienkonzepte, bei denen die Wireless-Technologien die Grundlage für den drahtlosen Zugang in das Automatisierungssystem und zu den verdrahteten Komponenten im industriellen Netzwerk darstellen. In diesen Anwendungen übernehmen die Funk-Gateways die Funktion eines WLAN- oder Bluetooth-Access Points und bieten so die Möglichkeit, mehrere Funkteilnehmer gleichzeitig in das Netzwerk einzubinden.

Für den Einsatz drahtloser Technologie anstelle der herkömmlichen Verkabelung gibt es vielfältige Ansatzpunkte:

  • Mehr Mobilität und Bewegungsfreiheit.
  • Überbrückung großer Entfernungen und Anwendungen, bei denen Kabel ein Problem darstellen (z.B. bei rotativen Bewegungen).
  • Eliminierung teurer und wartungsintensiver Verkabelungen
  • Verschleißfreie und performante Datenübertragung.
  • Schnelle und einfache Installation sowie Inbetriebnahme.
  • Hohe Flexibilität bei der Änderung einer Anlage.
  • Erhöhte Personensicherheit in explosionsgefährdeten Bereichen (z.B. beim Besteigen eines Krans) durch die Steuerungsmöglichkeit aus größerer Entfernung als bei einem Kabel.
  • Einfache Integration von Geräten in Netzwerke.
  • Endgeräteunabhängiger Zugriff (Tablet, Smartphone) auf HMI

Welche drahtlose Technologie ist die beste Wahl ?

Eine Funktechnologie allein kann nicht alle Funktionen und Stärken bieten, die den spezifischen Anforderungen unterschiedlichster Anwendungen gerecht werden.

Daher gibt es mehrere standardisierte Wireless-Technologien, wie WLAN (auch als WiFi bezeichnet), Classic Bluetooth und Bluetooth Low Energy (auch Bluetooth 4.0), sowie einige proprietäre Technologien, und es gilt, den für die jeweilige Situation am besten geeigneten Standard auszuwählen. Spezielle Anforderungen können beispielsweise hoher Datendurchsatz, maximale Robustheit, bestmögliches Echtzeitverhalten oder geringer Energiebedarf sein.

WLAN oder Bluetooth ?

Als Faustregel lässt sich festhalten: Bluetooth ist die richtige Wahl, wenn Robustheit und Stabilität der Verbindung die wesentlichen Kriterien sind. WLAN ist die richtige Wahl, wenn es auf einen hohen Datendurchsatz ankommt.

  • WLAN wird häufig für die Produktionsplanung und Datenerfassung sowie für Anwendungen mit schnellem Roaming eingesetzt.
  • Bluetooth wird häufig für Human Machine Interfaces (HMI), Programmierung, Service/Wartung und Echtzeit eingesetzt.
  • In den letzten Jahren setzen sich zunehmend andere Technologien durch, wie z. B. Bluetooth Low Energy, wenn Sensoren, Aktoren und andere kleine Geräte miteinander verbunden werden.

Wireless-Kommunikation im industriellen Einsatz

… bestimmende Trends

Drei Themenfelder bestimmen maßgeblich den industriellen Einsatz der Wireless-Kommunikation:
  • Bring Your Own Device (BYOD)
  • Machine Health
  • Cyber Security und Safety

Bring Your Own Device (BYOD)

… Tablets und Smartphones als mobile HMI

Das Schlagwort „Bring Your Own Device“ (BYOD) beschreibt den Trend, bei dem Smart Devices wie Tablets oder Smartphones genutzt werden, um Maschinen zu parametrieren, zu bedienen und Diagnosedaten abzufragen. Tablets und Smartphones bringen standardmäßig Wireless-Technologie mit und bieten Visualisierungsmöglichkeiten ähnlich wie klassische HMI. Was ist da naheliegender als Smart Devices als mobile HMI einzusetzen? Typische Abfragen, wie der aktuelle Betriebszustand der Maschine, Produktionsstückzahlen oder Diagnosedaten, werden beim „BYOD“-Konzept nicht über oft teure, fest installierte HMI erledigt, sondern über das Smart Device. Dies führt bei verketteten Systemen, wie beispielsweise Druck- und Verpackungsmaschinen, zu einer Kostenreduktion. Wo bisher für jede Einzelmaschine des verketteten Systems ein teures, fest installiertes HMI notwendig war, kann der Techniker über sein Tablet oder Smartphone „im Vorbeilaufen“ direkt auf jede Einzelmaschine zugreifen.

Machine Health

… Maschinen auf Herz und Nieren prüfen

Das Schlagwort „Machine Health“ charakterisiert den Trend, bei dem kleinste Sensoren und Aktoren zusätzliche Daten sammeln. Diese kleinen, häufig batteriebetriebenen Sensoren nutzen die Technologie Bluetooth 4.0, die oft auch als Bluetooth Low Energy oder Bluetooth Smart bezeichnet wird. Die so gewonnenen Sensordaten erlauben dem Betreiber eine bessere Beurteilung des dynamischen Verhaltens und des Materialverschleißes der Maschine und helfen so Stillstandszeiten zu reduzieren und die Zuverlässigkeit der Anlage zu erhöhen. Die batteriebetriebenen Sensoren können an jeder beliebigen Stelle – auch schwer zugänglichen Stellen – der Maschine montiert werden und messen Druck, Verschleiß, Vibration, Temperatur etc. und eröffnen neue Möglichkeiten für die Diagnose und vorausschauende Wartung. Die Übertragung der gesammelten Maschinendaten an das Automatisierungssystem ist bei diesen Kleinstgeräten aufgrund ihrer Position an der Maschine oder ihrer Größe i. d. R. nur über Wireless-Technologien, wie Bluetooth Low Energy, möglich.

Cyber Security

… Sicherheitsaspekte

Mit der steigenden Vernetzung der Geräte wird die IT-Sicherheit zum Schlüsselfaktor. Durch das Öffnen eines ehemals geschlossenen Systems für Smart Devices wächst die Gefahr unberechtigter Zugriffe. Einhergehend mit dem Einsatz der Wireless-Netzwerke und der Anbindung der Systeme an die industriellen Clouds kommt dem Thema Cyber Security wachsende Bedeutung zu. Unternehmen müssen diese Risiken identifizieren, bewerten und geeignete Maßnahmen ergreifen. Verschlüsselung, Passwort-Schutz, mehrstufige Sicherheitskonzepte sind hier die gängigen Schlagworte.

Der kompakte Wireless Bolt

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