Anforderungen
Hochverfügbares WLAN ist wichtig für die Industrie 4.0
Das Wireless LAN hat sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt. Daten können heute deutlich schneller und stabiler übertragen werden. Zudem sorgen neue Endgeräte und Anwendungen auch in der Shop Floor-Umgebung für echten Mehrwert. Diese Entwicklung führt dazu, dass WLAN im Kontext von Industrie 4.0 eine entscheidende Bedeutung zukommt.
Die wachsende Relevanz von WLAN im Produktionsumfeld ist wenig überraschend, denn im Vergleich zur festen Verkabelung ermöglicht sie eine flexible Datenübertragung zwischen Maschinen. Außerdem können Mitarbeiter einfach auf Geräte, Anwendungen und Daten zugreifen. Dadurch profitieren Unternehmen von einer höheren Mobilität und Kosteneffizienz bei der zunehmenden Vernetzung der Produktion.
Neue Anforderungen erfüllen
Allerdings stellen Industrie 4.0-Umgebungen andere Anforderungen an den WLAN-Standard (IEEE 802.11) als Büroumgebungen. Während im Office eine flächendeckende Bereitstellung, hohe Performance, Anbindung vieler Teilnehmer, Sicherheit und ein einfaches Management wichtig sind, erfordert der Einsatz im bisherigen industriellen Umfeld eine produktionsbezogene punktuelle Bereitstellung, Ausfallsicherheit, Zuverlässigkeit, Robustheit und eine einfache sowie schnelle Wiederherstellbarkeit. Um die mobilen Anwendungen und auch die streng getakteten Produktionsprozesse durch Hochverfügbarkeit zu unterstützten, müssen künftige IT-Infrastrukturen im Industrie 4.0-Umfeld die Mehrwerte beider Welten zusammenfassen. Gleichzeitig stellen große Produktionshallen mit viel Metall und anderen Störfaktoren für die Funkübertragung höhere Anforderungen an die WLAN-Infrastrukturen. Hinzu kommt, dass die Bestandteile auch in Umgebungen mit Staub, Feuchtigkeit, großer Hitze oder Kälte funktionieren müssen. Zudem ist eine gewisse Robustheit und Stabilität zu gewährleisten, daher werden stoßfeste Gehäuse und manchmal andere Anschlüsse als in Office-Umgebungen genutzt. Die neunte Ausgabe von Rockwell Automations „State of Smart Manufacturing“ Report liefert Einblicke in Trends und Herausforderungen für Hersteller. Dazu wurden über 1.500 Fertigungsunternehmen befragt, knapp 100 der befragten Unternehmen kommen aus Deutschland. ‣ weiterlesen
KI in Fertigungsbranche vorn
Zuverlässig und verfügbar
Darüber hinaus stellt auch das massive Datenwachstum eine nicht zu unterschätzende Herausforderung dar. Denn alle Inhalte müssen über das gleiche Medium bewältigt werden und beanspruchen die vorhandene Bandbreite. Außerdem nutzen auch andere drahtlose Verfahren den selben Funkbereich wie Bluetooth-Anwendungen (Beacons oder Funkgeräte) oder Gebäudeüberwachsungssysteme (Video- und Zugangssysteme). Sind Kanäle belegt oder überlappen sich die Frequenzen, sind kritische Störungen im industriellen Umfeld vorprogrammiert. Und gerade in diesem Bereich muss eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit gewährleistet sein. Dazu gehören auch eine unterbrechungsfreie Verbindung beim Roaming (dem Wechsel von einem Access Point zu einem anderen) und eine Datenempfangsgarantie zu einer definierten Ankunftszeit.
Neue Lösungen erforderlich
Da ein herkömmliches WLAN dies nicht leisten kann, haben Hersteller wie Siemens auf Basis dieses Standards eigene Funktionen entwickelt:
- Bei einem RCoax-Kabel handelt es sich um ein WLAN mit Kabel anstatt eines Access Points. Diese speziell angefertigten Koaxialleiter ermöglichen eine zuverlässige Funkverbindung und werden bei Leckwellenleitungen eingesetzt, zum Beispiel in Tunneln, Kanälen, Aufzugsschächten oder für die Kommunikation mit schienengeführten Fahrzeugen.
- Dank iHOP (Industrial Frequency Hopping) springt das Industrial WLAN (IWLAN) nacheinander auf verschiedene Kanäle. Koordiniert wird dieses ‘Hopping’ von dem Access Point, der sich mit seinen IWLAN Clients synchronisiert. Da dieser Vorgang sehr schnell ist, wird die Datenübertragung dadurch normalerweise nicht beeinträchtigt, auch dann nicht, wenn ein Kanal gestört ist. Denn der Access Point schließt diesen umgehend und löscht ihn vorübergehend von seiner Sprungsequenz. Um Verfügbarkeit sicherzustellen wird so beispielsweise das 5-Gigahertz-Band verwendet, wenn das häufig genutzte 2,4-Gigahertz-Band nicht bereitsteht.
- iPCF (Industrial Point Coordination Function) erweitert WLAN um ein deterministisches Verfahren. Dabei wird den Teilnehmern Sende- und Empfangszeit koordiniert zuteilt. Um kritische Reaktionszeiten und vorgegebene Empfangszeiten einzuhalten, lassen sich so andere Teilnehmer mit einer geringeren Priorität behandeln. Dies beschleunigt auch den Roaming-Vorgang und die Kommunikationsverbindung wird auch während des Übergangs zwischen verschiedenen Access Points nicht unterbrochen.
Reibungslose Logistik
Diese und ähnliche hochverfügbare, robuste WLAN-Systeme sind bereits in vielen Industriebereichen wie der Logistik, im Produktionsumfeld oder bei der Instandhaltung und dem mobilen Arbeiten im Einsatz. Um in der Logistik einen reibungslosen Transport der Waren innerhalb eines Lagers oder der Produktionsbestandteile in der Werkhalle zu gewährleisten, setzen Unternehmen unter anderem fahrerlose Transportsysteme (FTS) ein. Damit die Systeme nicht stehen bleiben, ist ein schnelles und zuverlässiges Roaming notwendig. Da FTS den Transportprozess weitgehend automatisiert, lassen sich manuelle Tätigkeiten und Fehler vermeiden. Darüber hinaus werden in der Logistik auch mobile Geräte und Wearables einsetzt. Zudem nutzen Logistik-Mitarbeiter immer öfter Tablets ergänzend zu den etablierten Handhelds. Aktuell testen zudem nahezu alle großen Firmen Datenbrillen, Datenhandschuhe und Smartwatches, da es für viele Tätigkeiten entscheidende Vorteile bringt, wenn Anwender beide Hände frei haben. Neben effizienteren Auftragssteuerungs- und Kommissionierungsprozessen sorgen solche Lösungen auch bei Instandhaltung und Service für ein deutlich komfortableres und produktiveres Arbeiten. Tablets und andere Mobilgeräte zeigen beispielsweise die aktuellen Daten zur Überwachung des Produktionsprozesses an oder ermöglichen die Steuerung der Maschinen. Gleichzeitig realisieren Unternehmen auch die Wartungszugänge zu den Maschinen immer öfter über WLAN, um den Zugriff zu vereinfachen.
Effizientere Produktion
Auf Basis einer WLAN-Infrastruktur kann eine sichere und zuverlässige Kommunikation innerhalb der gesamten Produktionshalle, eine effizientere Fertigungsplanung und eine höhere Produktivität in der Produktion gewährleistet werden. Mitarbeiter können mit dem WLAN in jeder Umgebung mit unterschiedlichen Endgeräten flexibel und mobil arbeiten. So lassen sich Produkte zur Überwachung der Fertigungs- und Transportprozesse einfach lokalisieren und identifizieren, beispielsweise beim Behältermanagement. Zudem arbeiten Mitarbeiter mit drahtlosen Endgeräten wie Drehmomentschraubern und Software-Betankungssystemen. Und Fließbandmitarbeiter nutzen Smartwatches zur Informationsunterstützung, wenn innerhalb der Serienproduktion ein Sondermodell bearbeitet werden muss. Zudem sind auch Montageanleitungen sowie Dokumentationen in digitaler Form über mobile Endgeräte verfügbar und mobile Human Machine Interface-Systeme (HMI) lassen sich zur Kontrolle von Betriebsdaten und zur Steuerung einfacher Vorgänge einsetzen. Diese Beispiele zeigen, dass die heutigen Fertigungsprozesse zwingend ein Shop Floor WLAN entlang von Produktionslinien benötigen.
Integraler Bestandteil
Schon jetzt ist WLAN ein integraler Bestandteil von Industrie 4.0-Umgebungen und ermöglicht im Zeitalter der Digitalisierung die notwendige Flexibilität. Zudem gewährleisten aktuelle IWLAN-Lösungen eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit im anspruchsvollen Industrie-Umfeld. Daher wird WLAN im Zuge der zunehmenden Verbreitung von Industrie 4.0-Szenarien und Projekten sogar noch wichtiger. Allerdings muss die sensible Technologie zwingend an die speziellen Anforderungen im Industrieumfeld angepasst werden, um ihr volles Potenzial zu entfalten.
