Grundlage zur Steigerung der Produktivität: Drahtlose Kommunikation in der mobilen Automation

In mobilen Anwendungen ermöglicht der Einsatz von Funknetzwerken einen ortsunabhängigen Echtzeit-Zugriff auf Geräte, Informationen und Netzwerk-Ressourcen. So lassen sich Abläufe und Entscheidungsprozesse beschleunigen. Die Funktechnologie kann dabei in vielen industriellen Bereichen verwendet werden. Einige typische Beispiele verdeutlichen im Folgenden ihren Nutzen für den Anwender. Keine Wartungskosten bei höherer Datenrate Die Automatisierung eines Transport- oder Kransystems sowie dessen Integration in das automatische Lagerverwaltungssystem erhöhen die Produktivität der Produktionsanlage respektive des Lagers deutlich. Eine Online-Erfassung von Betriebsdaten und -zuständen und die Möglichkeit der Fernwartung tragen ebenfalls zur Optimierung der Leistungsfähigkeit bei, indem Stillstandszeiten reduziert werden. In jedem Fall ist die Einbindung des Transport- oder Kransystems in das Kommunikationsnetzwerk der Anlage notwendig. Industriekräne und Transportanwendungen haben zumeist lange Verfahrwege bis zu einigen hundert Metern. Schleifleitungen, Schleppketten oder Kabeltrommeln, die zur Energieübertragung üblich sind, eignen sich allerdings weniger für den Datenaustausch, denn die hochempfindlichen Datenkabel unterliegen einem schnelleren Verschleiß. Schleifleiter sind außerdem anfälliger für Verschmutzungen, was in der Praxis zu Kommunikationsproblemen und daraus resultierend zu aufwändigen Wartungsarbeiten, dem häufigen Austausch des Übertragungsmediums und damit hohen Wartungskosten und längeren Stillstandszeiten führt. Darüber hinaus sind die elektromechanischen Lösungen gerade bei langen Strecken teuer. Als kostengünstige Alternative empfiehlt sich deshalb der Einsatz von Funktechnologie. Die drahtlose Datenübertragung arbeitet verschleißfrei. Schmutz und andere industrielle Umweltfaktoren haben keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Übertragungsmediums. Ferner können Daten per Funk auch über größere Entfernungen sicher weitergeleitet werden. Insbesondere Schleifleitungen sind durch eine geringe Datenrate gekennzeichnet. Das hohe Datenaufkommen aktueller Steuerungslösungen überfordert ihre übliche Übertragungsrate von 50kBit/s bei Weitem. Anlagenbetreiber möchten jedoch einfach und schnell Anlagen-Updates durchführen oder eine datenintensive Visualisierung installieren, um auf den weltweiten Märkten wettbewerbsfähig zu bleiben. Diese Anforderungen lassen sich mit einer funkbasierten Kommunikation erfüllen. So stellt ein WLAN-System je nach Umsetzung und Umgebungsbedingungen Datenraten von einigen MBit/s zur Verfügung. Selbst Bluetooth erzielt Datenraten von 1MBit/s, bei neueren Systemen sogar bis 3MBit/s. WLAN für Transport- und Staplerleitsysteme Die Funktechnik stellt auch bei widrigen industriellen Umwelteinflüssen eine hohe Verfügbarkeit bei geringen Investitionskosten sicher. Da die Anforderungen der einzelnen Anwendungen an die drahtlose Übertragungslösung sehr unterschiedlich sein können, werden oftmals verschiedene Funksysteme verwendet. Die Industrieautomation nutzt heute überwiegend WLAN und Bluetooth. Ob in der Automobilproduktion, der Automation des Materialflusses oder der Lagerlogistik – schienengeführte Transportsysteme wie Elektrohängebahnen oder fahrerlose Transportsysteme befördern die benötigten Teile. Diese Anlagenart ist dadurch charakterisiert, dass mit vielen Teilnehmern kommuniziert wird, die entlang einer teilweise einige Kilometer langen Strecke verbaut sind. In diesem Fall bietet sich WLAN in Kombination mit speziellen Leckwellenleiter-Antennen als Übertragungslösung an, wobei die Antennen entlang der Fahrtrasse montiert werden (Bild 2). Aufgrund der sich daraus ergebenden relativ kurzen Distanz zwischen den Teilnehmern lässt sich eine hohe Performance und Zuverlässigkeit erzielen. Wird das Funksignal des WLAN-Access-Points in der Mitte des Leckwellenleiter-Kabels eingespeist, können Kommunikationssegmente von 100 bis 200m umgesetzt werden. Das Aneinanderreihen mehrerer W-LAN-Segmente erlaubt somit den Aufbau beliebig langer Übertragungsstrecken. Voraussetzung für den reibungslosen Ablauf in einem Lager, das tausende von Paletten umfasst, ist eine effiziente und leistungsfähige Lagerverwaltung und Materialfluss-Steuerung. Das zentrale Staplerleitsystem und die auf den Gabelstaplern angebrachten Datenterminals kommunizieren zumeist über ein flächendeckendes WLAN-Netzwerk, das aus mehreren WLAN-Access-Points besteht. Die WLAN-Clients auf den Gabelstaplern wechseln dabei automatisch zu dem Access Point mit dem aktuell besten Sendesignal. Je nach Anforderung und verwendetem WLANClient kann dieses Roamen einige hundert Millisekunden dauern oder unterbrechungslos erfolgen. Das Staplerleitsystem ist so in der Lage, jederzeit über das WLAN-Netzwerk Transportaufträge für das Ein-, Aus- oder Umlagern der Ware sowie zur Versandvorbereitung auf die mobilen Datenterminals zu senden. Bluetooth zur Scanner- und Safety-Kommunikation Um Fehler bei der Abwicklung der Gabelstapler-Transporte zu vermeiden, führen die Anwender zum Teil eine automatische Kontrolle aller Lagerbewegungen durch. Dazu werden die mit einem Barcode versehenen Paletten beim Aufnehmen durch einen am Gabelbaum installierten Scanner identifiziert und die Information wird via Bluetooth an das Datenterminal des Staplers und von dort via WLAN an das Staplerleitsystem übertragen (Bild 3). Auf diese Weise können teure Spezialkabel und aufwändige Umbauten am Stapler entfallen. Das Black Channel Listing von Bluetooth, das den Parallelbetrieb von Bluetooth- und WLAN-Netzen ermöglicht, sorgt für die störungsfreie Kombination beider Funktechnologien (Bild 4). Sollen Kran- oder andere bewegte Automatisierungssysteme automatisch gesteuert werden, ist häufig die Weiterleitung sicherheitsgerichteter Daten zu berücksichtigen, damit eine Not-Halt-Funktion realisiert werden kann. Die Betätigung der an verschiedenen Stellen der Anlage montierten Not-Halt-Taster stellt das gefahrlose Anhalten des Krans sicher. Wenn in der Halle zwei Kräne für schwere Lasten im Tandem-Betrieb arbeiten, müssen ebenfalls Safety-Signale zwischen den Kränen ausgetauscht werden. Die Kommunikation funktional sicherer Daten über das Netzwerk erweist sich daher heute als selbstverständlich. Bei Nutzung von Profinet/Profisafe oder der SafetyBridge Technology von Phoenix Contact ist dies auch über WLAN- oder Bluetooth-Funkstrecken möglich. In Kränen kommt oftmals die Bluetooth-Technik zum Einsatz, denn der Funkstandard erlaubt den Parallelbetrieb mehrerer Punkt-zu-Punkt Kommunikationsstrecken. Zudem lässt sich die Zuverlässigkeit einer sicheren Funkübertragung auch über größere Distanzen im industriellen Bereich mit Bluetooth einfach umsetzen. Vorteile drahtloser Kommunikation Die Vorteile des drahtlosen Datenaustausches wie geringe Kosten, geringer Verschleiß und geringe Wartungen sprechen insbesondere in bewegten oder mobilen Anwendungen wie Kränen, Transportsystemen oder Gabelstaplern für die Verwendung von Funktechnologie. Bei Kränen oder Anwendungen, die sich über große Bereiche bewegen, ist allein das Einsparpotenzial beträchtlich. Hinzu kommt die hohe Zuverlässigkeit aufgrund des verschleißarmen Mediums. Vor diesem Hintergrund hat sich die W-LAN- und Bluetooth-Technik bereits in vielen Bereichen der industriellen Automation etabliert. Kasten: Funkinstallation Die industriellen WLAN und Bluetooth-Ethernet-Port-Adapter (EPA) von Phoenix Contact ermöglichen die funkbasierte Kommunikation von Automatisierungsgeräten wie Steuerungen oder E/A-Modulen (Bild 5). Aufgrund des robusten \’All-in-one\‘-Konzepts ist eine zuverlässige Funkinstallation direkt im Feld möglich. Antennen und empfindliche Antennenkabel müssen nicht mehr montiert oder verlegt werden. Dies vor dem Hintergrund, weil das kompakte Gehäuse der EPA-Geräte neben dem Funkmodul eine Spezialantenne umfasst, die für den Einsatz in der metallischen, hoch reflektiven Industrieumgebung optimiert ist.