Funklösungen in der Industrie

Funklösungen in der Industrie

Drahtlose Kommunikation optimiert Handhabungs- und Materialflussprozesse
Beispiel Rundtakttisch: Teure und wartungsintensive Schleifringkontakte bei Drehbewegungen lassen sich durch Funklösungen elegant ersetzen. (Fotos: Turck)
Die drahtlose Kommunikation ist heute eben so sicher wie Kabelverbindungen, wenn man gewisse Punkte berücksichtigt – die Möglichkeiten der Technologie gehen weit über den bloßen Kabelersatz hinaus.

Während drahtlose Kommunikationslösungen im privaten Umfeld inzwischen üblich sind, ist der Einsatz von Funklösungen in Produktions-, Handhabungs- und Materialflussprozessen noch nicht so ausgeprägt. Für viele Anwender scheinen die vermeintlichen Unsicherheiten der Wireless-Technologie im Vergleich zu den Vorzügen noch immer zu groß zu sein.

In der Industrie werden die meisten Funklösungen heute zum Ersatz langer und teurer Kabellösungen eingesetzt, aber auch dort, wo der Kabeleinsatz aus verschiedenen Gründen – beispielsweise nicht kabeltauglichen Bewegungsabläufen – undenkbar ist. Üblicherweise wird dazu das sogenannte ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) genutzt, das von den meisten Regulierungsbehörden weltweit freigegeben wurde. Das gesamte ISM-Frequenzspektrum besteht aus mehreren Frequenzbändern zwischen 6,7 MHz und 246 GHz, in denen sich vom Radar über WLAN und Bluetooth bis hin zu RFID und Schließsystemen so ziemlich alles tummelt, was ohne Kabel funktioniert.

Zu Recht stellt sich die Frage, wie sicher eine Wireless-Lösung gegenüber Interferenzen und anderen möglichen Störungen ist. Hier sind die Hersteller gefordert, die Verfügbarkeit ihrer Funklösungen zu maximieren. Dabei haben sich einige Techniken herauskristallisiert, die den industriellen Anforderungen an die Koexistenz absolut genügen. Zu nennen sind hier vor allem das Frequenzsprungverfahren FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) und das Zeitmultiplexverfahren TDMA (Time Division Multiple Access), die beide auch im Mobilfunk genutzt werden. Beim Frequenzsprungverfahren wird ständig mit unterschiedlichen Sprungmustern die Frequenz gewechselt und die Übertragung im Falle einer Kollision mit einem anderen System auf einer anderen Frequenz wiederholt. Das Zeitmultiplexverfahren lässt in bestimmten Zeitabschnitten Signale verschiedener Sender auf einem Übertragungskanal zu. Mit diesen Techniken lassen sich störungsfrei mehrere Funksysteme räumlich nah beieinander betreiben. Zudem ermöglichen sie bei batteriebetriebenen Teilnehmern ein Powermanagement zur Verlängerung der Lebensdauer.

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Wesentliche Voraussetzung für die Verwendung einer Funklösung ist unter anderem die Übertragungsqualität, die maßgeblich von der Sendeleistung (bei 2,4 GHz Übertragungsfrequenz ist dies in Europa 100 Milliwatt) und den örtlichen Gegebenheiten, etwa störende Objekte zwischen Sender und Empfänger, abhängt. Die Banner-Funksysteme aus dem Programm des Automatisierungsspezialisten Turck bieten daher eine integrierte Anzeige der Übertragungsqualität, was deren Einschätzung an Ort und Stelle komfortabel macht.

Mehr als nur Kabelersatz

Dass drahtlose Funkübertragung mehr kann als „nur“ Kabel ersetzen, zeigen zwei typische Beispiele aus dem Bereich der Handhabungs- und Materialflusstechnik: Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) in einer Packstation sowie die Abfüllung eines flüssigen Mediums an einem Rundtakttisch.

Die Kommunikation zwischen Steuerung und selbstständig agierenden Systemen wie FTF ist nur mit einer kabellosen Lösung sinnvoll umsetzbar. In diesem Beispiel wird nach der vollständigen Beladung der Palette eine Meldung an das FTF gesendet, die die Freigabe zur Abholung signalisiert. Jede Packstation ist mit einem Funkteilnehmer ausgestattet, von dem der Mitarbeiter manuell das Signal zur Abholung sendet. Darüber hinaus ist es möglich, über dasselbe System die Kommunikationsdichte zu erhöhen, um beispielsweise bei Verwendung mehrerer FTF das Fahrverhalten – etwa Blockstreckenhalt oder Stopp – für alle Fahrzeuge zu beeinflussen. Bei höherem Automatisierungsgrad ist zudem noch die Synchronisation von Bewegungen mit stationärer Fördertechnik möglich, beispielsweise das Ansteuern von Ampeln, Schranken oder Aufzügen.
Im zweiten Beispiel kontrollieren optische Sensoren die Befüllung von Behältern mit einer viskosen Masse auf einem Rundtakttisch. Dabei werden die Schaltsignale von vier Positionen über einen Funkteilnehmer an die Steuerung gesendet. Die Spannungsversorgung der gesamten Kontrolleinheit erfolgt über eine separate Batterie, die in einem Gehäuse ebenfalls auf dem Tisch untergebracht ist. Um die Batterie möglichst effizient zu nutzen, lassen sich Taktzeiten und Ansprechverhalten der Sensoren anpassen. Durch den Einsatz der Funklösung entfallen teure und störanfällige Schleifringkontakte, was die Verfügbarkeit der Kontrolle erheblich vergrößert.

Dipl.-Phys.-Ing. Markus/pb

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