Zuverlässige drahtlose Industriekommunikation

Die Herstellung komplexer, individualisierter Produkte ist nur mithilfe anspruchsvoller automatisierter Fertigungsabläufe möglich, die zum Beispiel auf einer dezentralen Produktionssteuerung beruhen. In der Industrie erfordern derartige verteilte Systeme lücken- und nahtlose Konnektivität sowie Echtzeit-Kommunikation zwischen den Maschinen. Gleichzeitig steigern sie sowohl Flexibilität als auch Produktivität, da sie den gesamten Fertigungsprozess koordinier- und steuerbar machen. Allerdings werden damit mobile, kommunikationsfähige Maschinen nötig, die anhand unmittelbar verfügbarer Daten über drahtlose Netzwerke miteinander interagieren. Daher steigen die Anforderungen an Zuverlässigkeit, Latenz, Übertragungsraten und Positionierungsgenauigkeiten in industriellen Kommunikationssystemen stetig.

Fraunhofer IIS ist auf die Entwicklung von Lösungen zur Verringerung der Latenz und Steigerung der Zuverlässigkeit drahtloser Kommunikationssysteme spezialisiert, um die anspruchsvollen Anforderungen in industriellen Umgebungen erfüllen:

  • 5G für industrielle Kommunikationsnetzwerke
  • UWIN – Funktechnologie für private industrielle Netzwerke

5G für industrielle Kommunikationsnetzwerke

Ultra-reliable low-latency communication (URLLC)

Der zukünftige 5G-Standard kommt den hohen Ansprüchen in der Industriekommunikation mit Latenzen von unter einer Millisekunde, Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde, extrem zuverlässigen Netzwerken und noch präziserer Positionierung entgegen. So ermöglicht 5G einen schnellen und zuverlässigen Zugriff auf mobile Maschinen, wodurch zeitkritische Prozesse in industriellen Umgebungen besser gesteuert und optimiert werden können als mit der heutigen Mobilfunktechnologie. Da die Anforderungen je nach Anwendungsfall variieren, soll 5G New Radio (NR) eine flexible Luftschnittstelle bieten, die skalierbare Bandbreiten, Datenraten, Latenzen und Positionierungsgenauigkeiten möglich macht.

Kommunikation mit niedrigen Latenzen und hoher Zuverlässigkeit (Ulra-reliable low-latency communication, URLLC) ist die Grundvoraussetzung für nahtlose Interaktion zwischen Maschinen in zeitkritischen Anwendungen.

Gerade für Industrieanwendungen sind geringe Verzögerungen bei gleichzeitiger hoher Verlässlichkeit unabdingbar. Alle Schichten des Kommunikationssystems müssen, angefangen bei der physikalischen Schicht, optimiert werden: Es gilt, die Übertragungszeit zu reduzieren und durch verstärkte Redundanzen für eine zuverlässigere Datenübertragung zu sorgen. Kommende LTE-Ausbaustufen nutzen ein kürzeres Übertragungszeitintervall (shortened Transmission Time Interval, sTTI) und verbesserte Funktionalitäten für eine höhere Zuverlässigkeit. Mit 5G NR werden größere Subcarrier-Abstände eingeführt, die kürzere Übertragungs-Slots und HARQ-Umlaufzeiten zur Folge haben und damit die Zuverlässigkeit weiter erhöhen. Darüber hinaus wird sowohl bei LTE als auch 5G NR daran gearbeitet, benötigte Verarbeitungszeiten in den oberen Protokollschichten zu verkürzen.

Infografik 5G and Industrial IoT
© Mimi Potter - fotolia.com / Fraunhofer IIS

5G-Technologien für das industrielle Internet of Things (IoT)

UWIN – Ultra reliable Wireless Industrial Network

Funktechnologie für private industrielle Netzwerke

In zahlreichen Anlagen der Industrieautomatisierung befinden sich ein Teil der Sensoren und Aktuatoren sowie andere Automatisierungskomponenten auf beweglichen Subsystemen. Werkzeuge an Roboterarmen, Schlittenbahnen sowie Dreh- und Koordinatentische sind Beispiele solcher Subsysteme. Sie müssen häufig mit sehr kurzen Zykluszeiten im einstelligen Millisekunden-Bereich an die übergeordnete Steuerung bzw. Regelung angebunden werden. Die heutzutage dafür verwendeten Kabelschleppketten, Drehdurchführungen und Schleifkontakte bringen zahlreiche Nachteile mit sich, wie die Beschränkung der möglichen Bewegungstrajektorien der Subsysteme, der Anzahl anschließbarer Automatisierungskomponenten sowie der Möglichkeiten für spätere Umrüstungen bzw. Erweiterungen.

Zur Lösung dieser Problemstellung entwickelt das Fraunhofer IIS eine Funktechnologie, die als drahtlose Erweiterung oder gar als Ersatz von drahtgebundenen Feldbussen eingesetzt werden kann. Im Vergleich zu heutigen Funktechnologien wird damit eine echtzeitfähige Signal-übertragung mit extrem kurzen Latenzzeiten bei höchster Zuverlässigkeit und 30-mal mehr Nutzdaten je Telegramm ermöglicht.

Weitere Informationen

 

5G – mehr als Mobilfunk

5G-Technologien für die mobile Breitbandkommunikation, Industrie 4.0, vernetzte Mobilität und Satellitenkommunikation

Flyer

5G and Industrial IoT