Der Datenaustausch per Funk stellt für viele Anwendungen in der Smart Factory das am besten geeignete Kommunikationsverfahren dar. Industrial WLAN fungiert dabei als eine der Schlüsseltechnologien bei der Bedienung und Wartung von Maschinen und Anlagen mit Smart Devices. Gleiches gilt für die Datenübertragung zu und von autonomen Transportsystemen wie AGVs (Automated Guided Vehicle) oder Lager-Shuttles. Nachfolgend wird näher betrachtet, über welche Merkmale und Eigenschaften WLAN-Module für den Einsatz in derartigen Transportsystemen verfügen müssen.
Der Wandel in Richtung einer Smart Factory führt unter anderem zu gravierenden Veränderungen in den Herstellungsprozessen. Statt der heute üblichen starren Linienfertigung werden zukünftig die verschiedenen Produktionsschritte in eigenständigen Fertigungsmodulen abgearbeitet. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Anlagen und Produktionsabläufe einfach und flexibel an die jeweiligen Markt- und Auftragsanforderungen adaptieren. Dieses Szenario erfordert jedoch Veränderungen in der innerbetrieblichen Logistik und Fördertechnik. Eine flexible Fertigung setzt nämlich einen ebenso anpassungsfähigen Just-in-time-Transport der benötigten Teile sowie des erforderlichen Materials zwischen den Produktionsstationen und den Lagern voraus. Um diesen Anspruch wirtschaftlich und flexibel umsetzen zu können, werden immer häufiger automatisierte fahrerlose Transportsysteme (FTS) genutzt, wie sie in vollautomatisierten Lagern meist schon Standard sind. Die notwendige Kommunikation zwischen dem zentralen Flottenmanager und dem Schwarm kleiner und großer FTS sowie den Bearbeitungsstationen erfolgt oftmals über WLAN 802.11.
WLAN für mobile industrielle Anwendungen
Wireless LAN umfasst als Standard bereits alle wichtigen Funktionen und Merkmale, die für die beschriebenen mobilen Anwendungen benötigt werden. So können nahezu beliebig großflächige WLAN-Netzwerke aufgebaut werden, in denen sich Hunderte von Teilnehmern frei bewegen. Die vorhandene Bandbreite von einigen hundert MBit/s reicht bei den aktuellen Standards vollkommen aus und bietet genügend Reserven zum Übertragen größerer Datenmengen, wie sie beispielsweise bei einem Firmware-Upload auftreten können.
Dennoch lassen sich industrielle Anwendungen – wie der Datenaustausch mit autonomen oder automatisierten Transportsystemen – in den seltensten Fällen mit Standard-WLAN-Komponenten realisieren, die zum Beispiel im Bürobereich zum Einsatz kommen. Dabei geht es nicht nur um die erforderliche Robustheit der Geräte im Hinblick auf die Temperatur-, Vibrations-, EMV- und ESD-Festigkeit, die Montageart oder die Möglichkeit der Spannungsversorgung. Diese Eigenschaften müssen Komponenten, die im industriellen Umfeld und hier insbesondere in Transportsystemen verwendet werden, grundsätzlich erfüllen, damit dauerhaft ein zuverlässiger Betrieb sichergestellt ist. Aufgrund einer anderen Gewichtung der Anforderungen, die an WLAN-Netzwerke im privaten oder Bürobereich gestellt werden, sind einige Funktionen und Merkmale nicht so ausgeprägt, wie es die industrielle Nutzung speziell für automatisierte Transportsysteme verlangt. Diese Funktionen müssen somit für mobile industrielle Anwendungen optimiert werden, wobei die Kompatibilität zum Standard IEEE 802.11 zuzusichern ist. Das betrifft vor allem das Roaming, also den Prozess beim automatischen Wechsel zwischen den Access Points eines WLAN-Netzwerks.
Automatisches Roaming
Transportsysteme fahren häufig in weitläufigen Arealen. Daher ist es wichtig, dass die Daten über das gesamte Gebiet kontinuierlich stabil und unterbrechungsfrei übertragen werden. Zu diesem Zweck wird ein flächendeckendes WLAN-Netzwerk benötigt, das sich aus mehreren WLAN Access Points zusammensetzt. Die WLAN-Teilnehmer können sich dann im Netzwerk frei bewegen und wechseln automatisch zum Access Point mit der besten Verbindung. Ist die Roaming-Funktion in Standard-WLAN-Clients integriert, erweist sie sich in der Praxis als zu langsam und unzuverlässig für industrielle Anwendungen. So erfolgt der Übergang von einem Access Point zum nächsten meist viel zu spät. Das WLAN-Signal ist jetzt schon sehr schwach und die Verbindung damit langsam und instabil geworden. Zudem dauert der Roaming-Vorgang oftmals zu lange, was Kommunikationsunterbrechungen von mehreren Sekunden zur Folge haben kann.
Findet keine Datenübertragung statt, bleiben automatische Transportsysteme aus Sicherheitsgründen häufig stehen. Das führt zu einem Stillstand des gesamten Materialflusses. Eine solche Situation ist in Zeiten der Just-in-time-Fertigung nicht akzeptabel. Deshalb stellt die Schnelligkeit und Zuverlässigkeit des Roaming-Mechanismus ein Leistungsmerkmal industrieller WLAN-Module dar. Phoenix Contact hat die Roaming-Funktionen in seinen industriellen WLAN-Modulen so optimiert, dass automatisch zum bestmöglichen Zeitpunkt gewechselt wird und die dafür notwendige Zeit im Millisekundenbereich liegt. Dabei ist keine aufwändige Anpassung der Geräteparameter an die Umgebungsbedingungen vor Ort erforderlich.
Neben der schnellen und zuverlässigen Arbeitsweise der WLAN-Funktionen zeigt sich ein gutes und stabiles Funksignal als unerlässlich für einen zügigen und verlässlichen Datenaustausch. Entsprechend leistungsfähige WLAN-Module müssen daher insbesondere im industriellen Umfeld durch den Einsatz der Mehrfach-Antennentechnologie MIMO (Multiple Input Multiple Output) ergänzt werden. MIMO erlaubt die parallele Übertragung mehrerer WLAN-Signale auf dem gleichen Kanal, sodass eine höhere Signalverfügbarkeit und somit eine schnellere und robustere Kommunikation erreicht werden. Ein performantes WLAN-Modul mit MIMO-Antennentechnologie erzielt jedoch keine Wirkung, wenn der größte Teil der Signalleistung durch qualitativ schlechte und unpassende Antennen verpufft. Vor diesem Hintergrund sollte der Anwender hochwertige und auf die Applikation optimierte Antennen verwenden, die an der richtigen Stelle montiert sind. Nur so ist eine optimale Abgabe und ein ebensolcher Empfang der Signale sichergestellt.
Funkmodul mit integrierten Antennen
Auf der Grundlage seiner über zehnjährigen Projekterfahrung in der WLAN-Übertragung zu und von fahrerlosen Transportsystemen hat Phoenix Contact das Funkmodul WLAN 1100 entwickelt. Bei dem Gerät handelt es sich um eine WLAN-Komplettlösung: Funkmodul und die Antennen sind in einem kompakten, schlagfesten Gehäuse untergebracht, das mittels Einlochmontage auf der Maschine oder dem automatisierten Transportsystem installiert wird. Die verbesserten Roaming-Eigenschaften sorgen für einen schnellen und zuverlässigen WLAN-Funkzellenwechsel. Zwei integrierte Spezialantennen ermöglichen in Kombination mit der MIMO-Antennentechnologie eine störungsfreie Funkkommunikation selbst bei schwierigen industriellen Umgebungsbedingungen. Mit dem WLAN 1100 gestaltet sich der Datenaustausch mit Transportsystemen folglich einfach und wirtschaftlich.
Insbesondere für die Datenübertragung zu und von mobilen Anwendungen – wie autonomen Transportsystemen – bietet sich WLAN heute und sicher auch in den nächsten Jahren als die am besten passende und vor allem verfügbare Funktechnologie an. Um entsprechende Projekte erfolgreich umsetzen zu können, müssen leistungsfähige industrielle WLAN-Module mit MIMO-Antennentechnologie, die auf ein schnelles und zuverlässiges Roaming optimiert sind, sowie qualitativ hochwertige Antennen mit entsprechender Abstrahlcharakteristik genutzt werden. Das Funkmodul von Phoenix Contact vereint diese Eigenschaften in einem kompakten und robusten Gehäuse. Deshalb eignet sich das Gerät für den Einsatz auf Transportsystemen.
