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Wireless: Von der Sonderlösung zum etablierten Standard

01  Die Anybus Wireless Bridge II hat eine Funkreichweite bis zu 400 m und bietet sich als Kabelersatz an

01 Die Anybus Wireless Bridge II hat eine Funkreichweite bis zu 400 m und bietet sich als Kabelersatz an

02  Bei BYOD mit dem Anybus Wireless Bolt ermöglicht das Funkgateway den Zugriff  auf den internen Webserver der Maschinensteuerung via Tablet oder Smartphone

02 Bei BYOD mit dem Anybus Wireless Bolt ermöglicht das Funkgateway den Zugriff auf den internen Webserver der Maschinensteuerung via Tablet oder Smartphone

03  Die Anybus Wireless Bridge II und der Anybus Wireless Bolt können in einer Anwendung kombiniert werden

03 Die Anybus Wireless Bridge II und der Anybus Wireless Bolt können in einer Anwendung kombiniert werden

04  Das „CANblue II“ ist ein universell einsetzbares CANBluetooth-Modul, das viele Anwendungsbereiche abdeckt

04 Das „CANblue II“ ist ein universell einsetzbares CANBluetooth-Modul, das viele Anwendungsbereiche abdeckt

Seit über 25 Jahren entwickelt HMS Kommunikationslösungen für die Automatisierungstechnik. Nach Einschätzung der Experten haben sich Funktechnologien wie WLAN und Bluetooth im industriellen Umfeld von der Sonderlösung zum Standardnetzwerk für mobile oder rotierende Anwendungen etabliert. Außerdem punkten die Wireless-Technologien in rauen oder schwer zugänglichen Bereichen mit einer wartungs- und verschleißfreien Funkverbindung und ermöglichen im Kontext von Industrie 4.0 neue, innovative Bedien- und Automatisierungskonzepte.
Die Wireless-Kommunikation gewinnt auch im konservativen industriellen Umfeld mehr und mehr an Akzeptanz. HMS Industrial Networks schätzt das Wachstum der Wireless-Netzwerke für 2017 auf 32 % und damit deutlich höher als bei den Feldbussen (4 %) oder bei Industrial Ethernet (20 %). Auf Basis der jährlich ca. 600 000 verkauften Kommunikationsschnittstellen, eigenen Einschätzungen sowie der Auswertung verschiedener Marktstudien geht HMS davon aus, dass 6 % der 2017 neu installierten Knoten zu einem Wireless-Netzwerk gehören. Damit sind Wireless-Netzwerke eine wichtige Ergänzung zu den drahtgebundenen industriellen Netzwerken. Gerade im Kontext von Industrie 4.0 machen sie neue Automatisierungs- und Bedienkonzepte erst möglich. Zum Beispiel können batteriebetriebene Sensoren, die an beliebiger Stelle einer Maschine montiert werden, Informationen über Druck, Verschleiß, Vibration, Temperatur etc. messen und über eine Funkverbindung an das Automatisierungssystem senden. Aufgrund ihrer Position an der Maschine oder der Größe der Sensoren ist dies oft nur über Wireless-Technologien, wie Bluetooth, möglich.
Typische Einsatzbereiche
Wireless-Lösungen eignen sich in der Fabrikautomation zum Beispiel für den Datenaustausch mit mobilen Transportsystemen, wie Lager-Shuttles, Paletten-Wickelmaschinen oder Kränen. Auch bei der mobilen Wartung oder der flexiblen Integration von Terminals und Maschinen in das Produktionsnetzwerk kommen häufig Funktechnologien zum Einsatz. Zudem bietet sich die Funkverbindung als verschleiß- und wartungsfreie Alternative zu teuren Schleppketten und Schleifringen sowie als Kabelersatz in rauen oder schwer zugänglichen Bereichen an.
Wireless ist nicht gleich Wireless
Auch wenn es sich bei WLAN und Bluetooth um standardisierte Funktechnologien gemäß IEEE 802 handelt, die auch im privaten Bereich oder Büroumfeld verwendet werden, sind für die Nutzung in der Industrie speziell konzipierte und funktional erweiterte Geräte erforderlich. Die Komponenten müssen zum Beispiel eine robustere Hardware, einen größeren Temperaturbereich, flexible Montagemöglichkeiten sowie eine langfristige Verfügbarkeit bieten. Darüber hinaus gibt es funktionale Unterschiede, die über die Eignung für eine automatisierungsspezifische Anwendung entscheiden. Dazu zählen beispielsweise die Optimierung auf kurze, zyklische Datenpakete bei geringen Latenzzeiten, das schnelle und stabile Roaming oder die Unterstützung spezifischer Mechanismen industrieller Netzwerke, wie Profinet, Ethernet/ IP oder Modbus-TCP.
Auch die Anforderungen an das Echtzeitverhalten sowie die Menge der zu übertragenden Daten müssen auf die Möglichkeiten der Wireless-Lösung zugeschnitten werden. Anwender sollten bedenken, dass verschiedene Applikationen unterschiedliche oder teilweise gegensätzliche Anforderungen an die Funktechnologie erfordern, weshalb für einzelne Anwendungsbereiche häufig eigene drahtlose Netze aufzubauen sind. Vor allem zeitkritische Automatisierungsaufgaben sollte man immer über ein eigenes Funknetzwerk umsetzen. Da nur wenige WLAN-Kanäle zur Verfügung stehen, die meist auch nicht-industrielle Anwendungen im Büroumfeld nutzen, ist WLAN nicht immer die beste Wahl. Vielfach ist in industriellen Anwendungen der Einsatz der Bluetooth-Kommunikation die bessere Alternative. Fast jedes kommunikationsfähige mobile Gerät bietet heute ein integriertes Funkmodem, das beide Funktechnologien unterstützt.
Als Faustregel lässt sich festhalten: Bluetooth (IEEE 802.15.1) ist die richtige Wahl, wenn Robustheit und Stabilität der Verbindung die wesentlichen Kriterien sind. WLAN (IEEE 802.11) ist die richtige Wahl, wenn es auf einen hohen Datendurchsatz ankommt. Während beispielsweise Daten zwischen autonomen Transportsystemen und dem überlagerten Fertigungsnetzwerk via WLAN übertragen werden, erfolgt der Austausch mit einer bewegten oder rotierenden Komponente einer Maschine sinnvoller über das maschineneigene Bluetooth-Netzwerk.
Da der Einsatz von Wireless-Technologien im 2,4-GHzBand zunimmt, können dort Interferenz-Probleme auftreten. Daher gehen immer mehr Unternehmen dazu über, das 2,4-GHz-Band für Büro-/IT-Kommunikation und das 5-GHz-Band für die Produktion-/M2M-Kommunikation zu nutzen. Dieser Ansatz soll sicherstellen, dass die Wireless-Lösungen stabil funktionieren.
Die Frequenzen des 5-GHz-Bands sind weniger durch konkurrierende Netze belastet, da andere Funktechnologien, wie Bluetooth, schnurlose Telefone und günstigere WLAN-Lösungen, oft auf das 2,4-GHz-Band begrenzt sind. Allerdings ist die Reichweite der 5-GHz-WLAN-Übertragungen in Gebäuden oder Industrieanlagen in der Regel etwas geringer als bei einer vergleichbaren Übertragung im 2,4-GHzFrequenzbereich, da physische Hindernisse die Reichweite im 5-GHz-Band stärker beeinträchtigen.
Lösungen für industrielle Anwendungen
HMS hat auf die steigende Nachfrage nach industriellen Wireless-Lösungen reagiert und auf der diesjährigen Hannover Messe mit der Anybus Wireless Bridge II (Bild 1) die zweite Generation der bewährten Wireless Bridge vorgestellt. Sie hat im Vergleich zur Vorgängerversion mit bis zu 400 m eine größere Funkreichweite, eine leistungsstärkere integrierte Antenne und unterstützt in einer Hardware sowohl Bluetooth als auch WLAN (2,4 GHz und 5 GHz). Die Wireless Bridge II ist mit dem robusten IP65-Gehäuse, den M12-Anschlüssen für Strom und Netzwerk sowie dem erweiterten Betriebstemperaturbereich von –30 °C bis 65 °C für industrielle Anwendungen ausgelegt.
Die Wireless Bridge baut eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung auf, um gängige Industrial-Ethernet-Standards, wie Profinet, Ethernet/IP, Bacnet/IP oder Modbus-TCP, per Funk zu überbrücken. Die Wireless Bridge II kann alternativ auch als Access Point für mehrere WLAN/BluetoothKnoten eingesetzt werden und zum Beispiel Acces Point für Smartphones oder Tablets sein, die sich in Reichweite befinden.
Insbesondere für Maschinenbauer bietet HMS mit dem Anybus Wireless Bolt eine robuste, industrietaugliche Wireless-Lösung an, die direkt an der Maschine montierbar ist. Mit der zuverlässigen und sicheren Lösung lassen sich innovative Bedienkonzepte, zum Beispiel „Bring your own device“ (BYOD), realisieren (Bild 2). Bei diesem Bedienkonzept ist der Anybus Wireless Bolt ein Access Point, der einen drahtlosen Zugang zum Steuerungsnetzwerk der Maschine herstellt. Die Maschine kann dann per Tablet oder Smartphone konfiguriert, parametriert und bedient werden. Auch der aktuelle Betriebszustand der Maschine, Produktionsstückzahlen oder Diagnosedaten lassen sich per Funk abfragen. Dieses Funkgateway vereint Anschluss, Kommunikationsprozessor und integrierte Antenne in einer Einheit. Es hat ein robustes Design mit IP67-Gehäuse und unterstützt Bluetooth sowie WLAN (2,4 GHz und 5 GHz). Die Reichweite der Funkverbindung beträgt bis zu 100 m. Der Wireless Bolt wird typischerweise als Access Point verwendet, kann bei paarweiser Verwendung aber auch als Wireless Bridge eingesetzt werden.
Die Anybus Wireless Bridge II und der Anybus Wireless Bolt sind miteinander kompatibel und ergänzen sich ideal (Bild 3). Aufgrund ihrer größeren Reichweite wird die Wireless Bridge zum Beispiel in automatisierten Lagersystemen als zentraler Zugangspunkt zum drahtlosen Netzwerk eingesetzt, während sich der Bolt mit seiner speziellen Bauform optimal für den Einsatz auf den mobilen Transportsystemen eignet. Eine Wireless-CAN-Bridge für Bluetooth und eine Bluetooth Bridge für serielle Netzwerke runden das Wireless-Angebot von HMS ab (Bild 4). (no)

Michael Volz ist Geschäftsführer der HMS Industrial Networks GmbH in Karlsruhe. miv@hms-networks.com

Michael Volz ist Geschäftsführer der HMS Industrial Networks GmbH in Karlsruhe. miv@hms-networks.com