Brückenschlag vom Funksensor zum IT-System

Weltenverbinder

Mit einem Funknetzwerk können Maschinen- und Anlagenbauer auf einfache Weise komplexe Aufgabenstellungen der Sensor-Aktor-Kommunikation lösen. Die neueste sWave-Net-Generation lässt sich mit der Sensor Bridge als Kommunikations- und Konfigurationsschnittstelle direkt in die übergeordnete IT-Infrastruktur einbinden.

Funknetzwerke schaffen eine Komunikationsplattform von der Shopfloor-Ebene in übergeordnete IT-Systeme. Die neueste sWave-Net-Generation lässt sich mit der Sensor Bridge als Kommunikations- und Konfigurationsschnittstelle direkt in die übergeordnete IT-Infrastruktur einbinden. (Bild: Steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG)

Funknetzwerke schaffen eine Komunikationsplattform von der Shopfloor-Ebene in übergeordnete IT-Systeme. Die neueste sWave-Net-Generation lässt sich mit der Sensor Bridge als Kommunikations- und Konfigurationsschnittstelle direkt in die übergeordnete IT-Infrastruktur einbinden. (Bild: Steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG)

In der Produktion, die nach den Grundsätzen von Industrie 4.0 gestaltet ist, findet ein kontinuierlicher Datenaustausch über die verschiedenen Ebenen der industriellen Automation hinweg statt. Für diese Aufgabe eignen sich Funknetzwerke, weil sie die Integration von mehreren hunderten Schaltgeräten, Sensoren und Bediengeräten in ein zentrales Netzwerk ermöglichen. Dabei wird ein hohes Maß an Flexibilität gewährleistet, da der Anwender einfach neue Geräte auf der Feldebene in das Netzwerk einbinden bzw. vorhandene Geräte neu konfigurieren oder parametrieren kann. So entstehen durchgängige Kommunikationsplattformen vom Shopfloor bis zu zentralen Steuer- und Planungsinstrumenten wie LVS, BDE, MES oder ERP.

Die Treibersoftware der Sensor Bridge verwaltet das komplette Funksystem und verbindet die höheren Dienste und Applikationen mit der darunterliegenden Funkinfrastruktur. (Bild: Steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG)

Die Treibersoftware der Sensor Bridge verwaltet das komplette Funksystem und verbindet die höheren Dienste und Applikationen mit der darunterliegenden Funkinfrastruktur. (Bild: Steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG)

Energiearmes Funkprotokoll

Diese Funktion übernimmt das Funknetzwerk sWave.Net. Access Points, die ähnlich wie Router im Sendebereich installiert werden, empfangen die Signale der einzelnen Schaltgeräte und geben sie an die IT-Infrastruktur des Anwenders weiter. Die für industrielle Anwendungen entwickelte sWave-Funktechnologie erlaubt die Realisierung autarker Geräte und Sensoren mit Batterielaufzeiten von (je nach Anwendungsfall) einigen Monaten bis zu mehreren Jahren. Durch die Nutzung von Sub-Gigahertz-Bändern erreicht man dabei eine wesentlich bessere Abdeckung und Durchdringung als bei 2,4- oder 5,8GHz-ISM-Bändern. Das gilt insbesondere, wenn die anzubindenden Geräte und Sensoren sich in industrieller Umgebung befinden. Wo beispielsweise WLAN oft versagt, sorgt sWave.Net immer noch für eine zuverlässige und sichere Übertragung der Daten. So können auch größere Mengen an Funkschaltgeräten (ca. 100 pro Access Point) mit überschaubarem Aufwand und vertretbaren Kosten in übergeordnete IT-Systeme eingebunden werden. Eine hohe Übertragungssicherheit wird u.a. dadurch gewährleistet, dass mehrere Access Points strategisch klug in der Umgebung platziert werden. Wenn sich die Funkbereiche der Access Points gegenseitig überlappen, können sich die Funksensoren über verschiedene Empfänger verbinden, ohne dass die Funknetzwerkverbindung unterbrochen wird. Diese dynamische Selbstorganisation sorgt für einen geringen Konfigurationsaufwand, geringe Wartung und hohe Robustheit.

Die neue Funktechnologie hat schnell Anwendungen in der industriellen Produktion und vor allem in der Intralogistik gefunden. Zu den bereits realisierten Beispielen gehören z.B. die Nachschubsteuerung im Kommissionierbahnhof eines großen deutschen Küchenherstellers und die Einbindung mobiler Kanban-Systeme in die Materialflusssteuerung. Außerdem nutzen mehrere Hersteller von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) das Funksystem für die Steuerung der FTS-Flotten und profitieren u.a. davon, dass dieses Netzwerk einen Sleep-Modus nutzt, der im Ruhezustand nur ein Minimum an Energie verbraucht und bei einem Aufwecksignal in sehr kurzer Ansprechzeit aktivieren lässt.

Beim Einsatz in FTS ist u.a. der energiearme Sleep-Modus des Funknetzwerks vorteilhaft. (Bild: SSI Schäfer GmbH)

Beim Einsatz in FTS ist u.a. der energiearme Sleep-Modus des Funknetzwerks vorteilhaft. (Bild: SSI Schäfer GmbH)

Sensor Bridge

Die erste Ausprägung des sWave.Net-Funknetzwerks, das Steute vor rund zwei Jahren vorstellte, erforderte noch eine individuelle Anpassung der Schnittstelle zum übergeordneten IT-System. Bei der neuesten Generation ist das nicht mehr nötig. Als zentrale Kommunikationsschnittstelle dient nun eine Sensor Bridge. Diese Treibersoftware verwaltet das komplette Funksystem und verbindet die höheren Dienste und Applikationen mit der darunterliegenden Funkinfrastruktur. Die Sensor Bridge verarbeitet sämtliche Nachrichten, die drahtlos von den Sensoren empfangen wurden und leitet sie an die dafür registrierten Anwendungen weiter. Dabei agiert sie auch als Übersetzerin zwischen den verschiedenen Protokollen sowie als Verwaltungsebene des sWave.Net-Funknetzwerks – und schließt die Lücke zwischen den hohen Sicherheitsanforderungen in der Fertigung und der vernetzten Welt der digitalen Dienste. Zugleich bietet diese Architektur den Vorteil, dass die Anwendersoftware keinerlei Verwaltungsaufgaben im System übernehmen muss. Für die Entwicklung neuer Anwendungen steht ein einfach zu bedienendes API zur Verfügung. Dank der universellen Konnektivität kann die neueste Version des Funknetzwerks als Out-of-the-Box-Lösung in nahezu jede beliebige Produktionsumgebung integriert werden. Die Sensor Bridge ist vorinstalliert auf einem Gateway lieferbar. Es gibt bereits eine große Anzahl an Kommunikationsprotokollen zu ERP- und Lagerverwaltungssystemen. So unterstützt sie ohne weitere Hardware u.a. Rest (XML/json), http(s) Notifications und Modbus TCP. Weitere Schnittstellen sind in Vorbereitung. Aktuell arbeiten die Steute-Experten bereits an weiteren branchenspezifischen Lösungen, u.a. für die Automobilproduktion.

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