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Drahtlose Kommunikationstechnologie für die Industrie

Industrial Wireless LAN
Drahtlose Technologien für industrielle Anwendungen

WLAN und Mobilfunk sind Beispiele für die Anbindung zum Internet. Nach drahtlosen WLAN-Netzwerken in den 90ern kam das mobile Internet über Mobilfunk. Aber wie war diese Entwicklung in der Industrie?

» Sander Rotmensen, Director of Industrial Wireless Communication, Siemens

In der industriellen Automatisierung gab es eine gewisse Skepsis gegenüber Drahtlostechnologien. Viele Anwendungen müssen funktionale Sicherheit garantieren, um den Schutz von Maschinen und Menschen zu gewährleisten. Daher setzte man auf fest verdrahtete Systeme. Dies änderte sich mit der Einführung von Profisafe, mit dem sicherheitsgerichtete Daten über Profinet übertragen werden. Mobile Anwendungen, konnten vermehrt eingesetzt werden, weil die neue Technologie den Schutz der Mitarbeiter ermöglichte. Das führte zu einer steigenden Nachfrage nach Industrial Wireless LAN.

Dank industriespezifischer Erweiterungen ermöglicht Industrial Wireless LAN drahtlose Sicherheits- und Echtzeit-Kommunikation. Der WLAN-Standard entwickelte sich stetig weiter und brachte immer neue Verbesserungen, die ihn für den Einsatz in der Industrie qualifizierten. Auch die neueste WLAN-Generation Wi-Fi 6 bietet spannende Neuerungen: Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) ermöglicht es einem Access Point, mit mehreren verbundenen Clients gleichzeitig zu kommunizieren und reduziert Latenzen. Target Wake Time (TWT) senkt den Stromverbrauch indem es die Konnektivität in Stillstandszeiten einschränkt und einen längeren Betrieb von batteriebetriebenen Anwendungen erlaubt. Spatial Reuse verbessert das LBT-Verhalten (Listen before Talk), da mehrere Geräte gleichzeitig kommunizieren können.

Wi-Fi 6E eröffnet neue Möglichkeiten

Am bedeutendsten ist, dass zum ersten Mal seit 1999 ein neues Frequenzband hinzugefügt wurde. Wi-Fi 6E ermöglicht es, Netzwerke im 6-GHz-Band einzurichten. Doch der WLAN-Standard kann immer noch nicht alles, was die Industrie braucht. Das wird z.B. durch Siemens i-Features gelöst, spezielle Funktionen, die für industrielle Bedürfnisse entwickelt wurden. Die derzeit am meisten diskutierte Technologie ist 5G – der erste Mobilfunkstandard, der unter Berücksichtigung industrieller Anforderungen entwickelt wurde. 5G bietet drei Hauptszenarien: Enhanced Mobile Broadband (eMBB) ist wichtig für datenintensive Anwendungen wie Augmented und Virtual Reality. Geräte wie Datenbrillen, Tablets oder Smartphones brauchen drahtlose Konnektivität mit hohen Bandbreiten, um sich mit lokalen Servern oder Cloud-Anwendungen zu verbinden. Auch bei Fernzugriffen auf entfernte Maschinen oder Anlagen über das öffentliche 5G-Netz ist eine hohe Bandbreite hilfreich.

Massive Machine-Type Communication (mMTC) ermöglicht die Anbindung von bis zu 1 Million Geräten pro Quadratkilometer. Dies ist vor allem für die Prozessindustrie von großer Bedeutung, wo eine Vielzahl von Sensoren installiert sind, um jeden Schritt im Prozess zu steuern. 5G bietet zudem Energiesparfunktionen, die es in Zukunft eventuell sogar ermöglichen, Sensoren mit Batterien zu betreiben.

Ultra-Reliable Low-Latency (URLLC) ist das wichtigste Szenario für den Shopfloor. Es bietet die Zuverlässigkeit, die betriebskritische Anwendungen brauchen und wird dazu beitragen, mit geringsten Latenzen zu kommunizieren. Dadurch wird es möglich, dass z.B. mobile Roboter millisekundengenau synchron arbeiten und gemeinsam Aufgaben erledigen. Fahrerlose Transportsysteme und mobile Roboter funktionieren nur reibungslos, wenn in der Fabrik ultra-zuverlässige Kommunikation mit niedrigsten Latenzen möglich ist.

Das erste Release des 5G-Standards war Rel. 15. Jedoch sind viele Funktionen, noch gar nicht implementiert. Funktechnologie allein reicht nicht aus, um eine zuverlässige Kommunikation zu gewährleisten. Es muss sichergestellt sein, dass die Produkte, den Einsatz in rauen Umgebungen standhalten. In Stahlwerken herrschen hohe Temperaturen, während die Hardware in anderen Industriebereichen, extrem niedrigen Temperaturen standhalten muss. Gleichzeitig müssen Vibrationen, Hochfrequenz- und Spannungsspitzen sowie Wasser und Staub aushalten werden.

Industrielle Wireless-Technologien der nächsten Generation

Um herauszufinden, welche Technologie die richtige ist, ist ein Blick auf die Anforderungen entscheidend. Siemens hat sein WLAN-Angebot durch Wi-Fi 6 Access Points und Clients erweitert. Zudem brachte das Unternehmen 5G-Router auf den Markt, die als Endgeräte in öffentlichen und privaten Netzen eingesetzt werden können. 2023 wird Siemens eine 5G-Infrastruktur für den Aufbau privater, lokaler Campusnetze launchen mit dem Ziel, ein komplettes 5G-Ökosystem für die Industrie anzubieten.

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