Funk als Basis für innovative Automatisierungslösungen und das Internet der Dinge
Funkbasierte Datenübertragung
Durchgängige Datenkommunikation von den Automatisierungssystemen im Feld bis in industrielle IT-Systeme ist eine Voraussetzung für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) sowie für die Realisierung zukünftiger Automatisierungssysteme gemäß Industrie 4.0.
Bild: HMS Industrial Networks GmbHIm Vergleich zu kabelbasierten Feldbus- und Industrial-Ethernet-Netzwerken ist der Anteil der Wireless-Netzwerke in der Industrie heute noch gering, denn: Wireless-Lösungen werden meist nur als Punkt-zu-Punkt-Kabelersatz in Anwendungen mit rotierenden oder beweglichen Teilen eingesetzt. Doch die modernen funkbasierten Netzwerke können weit mehr. Wireless Access Points stellen das Bindeglied zwischen den drahtgebundenen Anlagenkomponenten im Realtime-Netzwerk und den mobilen Bediengeräten (Tablets und Smartphones) sowie smarten Sensoren und Aktuatoren moderner Automatisierungssysteme her. Für die kabellose Datenübertragung in der Industrie kommt heute meist WLAN im 2,4- oder 5GHz-Band oder Bluetooth zum Einsatz. Über Funk-Gateways, wie z.B. die Wireless-Bridge-Lösungen von HMS, lässt sich so eine verschleißfreie und performante Datenübertragung auch in Anwendungen mit besonderen Anforderungen wie z.B. Portalkränen, fahrerlosen Transportsystemen, Abfüll- und Verpackungsanlagen oder Kläranlagen realisieren. Teure mechanische Schleifringe und Schleppketten werden durch kostengünstige Funk-Gateways ersetzt. Die Datenübertragung bei der Anwendung als Kabelersatz erfolgt in diesen Anwendungen meist in Form einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Wichtig sind die Auswahl der richtigen Funktechnologie (Bluetooth oder WLAN) und der nötige Sachverstand bei der Installation und Antennenausrichtung. Auch die Anforderungen an das Echtzeitverhalten und die Menge der zu übertragenden Daten müssen auf die Möglichkeiten der Wireless-Lösung zugeschnitten werden. Die frühere Skepsis der Industrie gegenüber Wireless-Lösungen ist mittlerweile der Erkenntnis gewichen, dass auch Wireless-Lösungen Daten sicher, zuverlässig und robust übertragen können. So haben die Bluetooth-Funk-Gateways von HMS sich sogar für die Übertragung von sicheren Daten über Profisafe bewährt.
Bild: HMS Industrial Networks GmbHWLAN oder Bluetooth?
Als Faustregel lässt sich festhalten: Bluetooth gemäß IEEE802.15.1 ist die richtige Wahl, wenn Robustheit und Stabilität der Verbindung die wesentlichen Kriterien sind. WLAN nach IEEE802.11 ist die richtige Wahl, wenn es auf einen hohen Datendurchsatz ankommt. Die Funk-Gateways von HMS unterstützen beide Ansätze. Anwender können so die für den jeweiligen Anwendungsfall unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen vor Ort die am besten geeignete Funktechnologie einsetzen. Hilfestellung bei der Auswahl gibt HMS in Form eines ausführlichen Whitepapers, das auf der Homepage des Unternehmens kostenlos zum Download bereitsteht.
Bild: HMS Industrial Networks GmbHBasis für innovative Maschinen- und Bedienkonzepte
Im Umfeld von Industrie 4.0 und dem industriellen Internet der Dinge entstehen neue Maschinen- und Bedienkonzepte, bei denen Wireless-Technik 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. HMS Industrial Networks sieht drei aktuelle Trends:
Bring Your Own Device
Das Schlagwort Bring Your Own Device (BYOD) beschreibt den Trend, bei dem moderne Smart Devices wie Tablets oder Smartphones genutzt werden, um über ihren integrierten Internetbrowser oder spezielle Apps Maschinen zu parametrieren, zu bedienen und Diagnosedaten abzufragen. Moderne Tablets und Smartphones bringen standardmäßig Wireless-Technik mit und bieten Visualisierungsmöglichkeiten wie klassische HMIs. Was ist da naheliegender als Smart Devices als mobile HMIs einzusetzen? Typische Abfragen wie z.B. der aktuelle Betriebszustand der Maschine, Produktionsstückzahlen oder Diagnosedaten werden beim BYOD-Konzept nicht über teure, fest installierte HMIs erledigt, sondern über das Smart Device. Das 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 beim Vorbeilaufen direkt auf jede Einzelmaschine zugreifen. Der Trend wird verstärkt durch die neuen auf Windows 8 und 10 basierenden Tablets, auf denen auch Windows-basierte HMI-Standardanwendungen laufen, wie z.B. Win-CC oder Labview, die die Anwender vom stationären Windows-basierten HMI gewohnt sind.
Bild: HMS Industrial Networks GmbHMachine Health
Der Begriff Machine Health charakterisiert den Trend, bei dem kleinste Sensoren und Aktoren - in Anlehnung an tragbare smart Devices für uns Menschen auch Wearables genannt - zusätzliche Daten sammeln. Diese kleinen, häufig batteriebetrieben Sensoren nutzen Bluetooth 4.0, auch als Bluetooth Low Energy oder Bluetooth Smart bezeichnet. 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 - auch schwer zugänglichen Stelle - der Maschine montiert werden und messen Druck, Verschleiß, Vibration oder Temperatur 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 nur über Wireless-Konzepte wie Bluetooth Low Energy möglich.
Bild: HMS Industrial Networks GmbHCyber Security und Safety
Mit der steigenden Vernetzung der Geräte wird die IT-Sicherheit zum Schlüsselfaktor. Mit dem 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 kommen den Themen Cyber Security und Safety wachsende Bedeutung zu. Unternehmen müssen diese Risiken identifizieren, bewerten und geeignete Maßnahmen ergreifen. Verschlüsselung, Passwort-Schutz, mehrstufige Sicherheitskonzepte sind hier die gängigen Schlagworte. Zusammen mit dem TÜV und den Unternehmen Pilz und Belden veranstaltet HMS im Juni 2016 deshalb eine Roadshow, um Anlagenbetreibern auf die Bedrohungen aufmerksam zu machen und Empfehlungen für geeignete Schutz- und Gegenmaßnahmen aufzuzeigen.
Wireless Lösungen von HMS
HMS Industrial Networks hat sein Produktportfolio um Wireless- Lösungen erweitert. Neben den Wireless Bridges, die oft als Kabelersatz per Bluetooth oder WLAN eingesetzt werden und häufig auch Schleifringe oder Schleppketten ersetzen, bietet das Unternehmen jetzt außerdem Lösungen für Wireless Access Points für Bluetooth und WLAN an. Die Wireless-Lösungen können im oder am Schaltschrank montiert werden. Je nach Ausführung verbindet die Wireless Bridge Ethernet-, serielle oder CAN-Netzwerke mit den Funkstandards WLAN und Bluetooth.
Bild: HMS Industrial Networks GmbHWireless-Lösungen für Montage direkt an der Maschine
Neu im Portfolio ist der Anybus Wireless Bolt, der an beliebiger Stelle direkt an der Maschine montiert werden kann. Der Wireless Bolt unterstützt 2,4- und 5GHz-WLAN, Bluetooth und Bluetooth Low Energy. Er kann via Ethernet, CAN oder seriell (RS-232/485) mit der Maschinensteuerung verbunden werden. Der Wireless Bolt ist einfach zu montieren. Die kompakte Bauform ermöglicht es, die Schaltschrankfläche in Maschinen zu reduzieren und trotzdem modernste Automatisierungstechnik einzusetzen. Zum Beispiel ist die Kommunikation mit kleinsten, batteriebetriebene Sensoren und Aktoren via Bluetooth Low Energy möglich. Eine wichtige Voraussetzung, um das Machine-Health-Konzept zu realisieren und so die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Maschinen weiter zu erhöhen.
Fazit
Erst durch den Einsatz von Wireless können moderne Automatisierungskonzepte gamäß den Ansätzen von Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge sinnvoll und kostengünstig realisiert werden. Neben den Ansätzen von BYOD und Machine Health setzen auch Cloud-basierte Konzepte auf Wireless. In der vernetzten Fabrik der Zukunft gewinnen Wireless-Netze einhergehend mit den Themen Cyber Security und Safety zunehmend an Bedeutung. HMS verfügt über langjährige Erfahrung und bietet Geräteherstellern und Anlagenbetreibern maßgeschneiderte Kommunikationslösungen für Feldbus, Ethernet oder Wireless-Netzwerke als Basis für die Realisierung innovativer Automatisierungskonzepte.
Roadshow Safety & Security
Die gemeinsame Roadshow von HMS, Pilz, Belden und dem TÜV zeigt die häufigsten Bedrohungen und geeignete Schutz- und Gegenmaßnahmen auf. Die Veranstaltungsreihe findet vom 21 bis 29. Juni statt. Veranstaltungsorte sind Hannover, Stuttgart, Deggendorf bei München, Dortmund, Chemnitz. Weitere Infos stehen im Internet bereit unter www.cybersecurity-and-safety.com.
Durchgängige Datenkommunikation von den Automatisierungssystemen im Feld bis in industrielle IT-Systeme ist eine Voraussetzung für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) sowie für die Realisierung zukünftiger Automatisierungssysteme gemäß Industrie 4.0.
Bild: HMS Industrial Networks GmbHIm Vergleich zu kabelbasierten Feldbus- und Industrial-Ethernet-Netzwerken ist der Anteil der Wireless-Netzwerke in der Industrie heute noch gering, denn: Wireless-Lösungen werden meist nur als Punkt-zu-Punkt-Kabelersatz in Anwendungen mit rotierenden oder beweglichen Teilen eingesetzt. Doch die modernen funkbasierten Netzwerke können weit mehr. Wireless Access Points stellen das Bindeglied zwischen den drahtgebundenen Anlagenkomponenten im Realtime-Netzwerk und den mobilen Bediengeräten (Tablets und Smartphones) sowie smarten Sensoren und Aktuatoren moderner Automatisierungssysteme her. Für die kabellose Datenübertragung in der Industrie kommt heute meist WLAN im 2,4- oder 5GHz-Band oder Bluetooth zum Einsatz. Über Funk-Gateways, wie z.B. die Wireless-Bridge-Lösungen von HMS, lässt sich so eine verschleißfreie und performante Datenübertragung auch in Anwendungen mit besonderen Anforderungen wie z.B. Portalkränen, fahrerlosen Transportsystemen, Abfüll- und Verpackungsanlagen oder Kläranlagen realisieren. Teure mechanische Schleifringe und Schleppketten werden durch kostengünstige Funk-Gateways ersetzt. Die Datenübertragung bei der Anwendung als Kabelersatz erfolgt in diesen Anwendungen meist in Form einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Wichtig sind die Auswahl der richtigen Funktechnologie (Bluetooth oder WLAN) und der nötige Sachverstand bei der Installation und Antennenausrichtung. Auch die Anforderungen an das Echtzeitverhalten und die Menge der zu übertragenden Daten müssen auf die Möglichkeiten der Wireless-Lösung zugeschnitten werden. Die frühere Skepsis der Industrie gegenüber Wireless-Lösungen ist mittlerweile der Erkenntnis gewichen, dass auch Wireless-Lösungen Daten sicher, zuverlässig und robust übertragen können. So haben die Bluetooth-Funk-Gateways von HMS sich sogar für die Übertragung von sicheren Daten über Profisafe bewährt.
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Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 3 2016 - 01.03.16.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
