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Drahtlose Kommunikation als Alternative zum Kabel

Erfahren Sie, wie Sie bewegliche & dezentrale Komponenten in Maschinen und Anlagen drahtlos anbinden - schnell, einfach und wirtschaftlich.

Alternativen zum Kabel und ihre Vor- und Nachteile in der Praxis

Flexibel anpassbare Produktionsanlagen, mehrachsige Robotersysteme und dezentral arbeitende Maschinen stellen hohe Anforderungen an die Signal- und Datenübertragung. Kabelgebundene Lösungen kommen dabei an ihre Grenzen, wenn bewegliche oder rotierende Teile sowie mobile Systeme über PROFIBUS, PROFINET, PROFIsafe und andere Feldbus-Protokolle eingebunden werden sollen. Absolute Zuverlässigkeit ist hier ebenso gefordert wie lange Lebensdauer und Wartungsfreiheit bei einer drahtlosen Kommunikation. Nur eine sichere Verbindung zwischen Steuerungen und IO-Modulen gewährleistet eine dauerhafte Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen ohne Ausfallzeiten.

Lösungen für die flexible Datenkommunikation

Dafür haben sich Alternativtechnologien zum Kabel etabliert, die eine drahtlose Anbindung und Kommunikation von Maschinen und Anlagen ermöglichen und damit den Ansprüchen an Mobilität und Flexibilität gerecht werden. Sie zeichnen sich durch unterschiedliche Eigenschaften und jeweils spezifische Vor- und Nachteile aus. Ob Krananlage oder vernetzte Produktion, autonome Roboter oder großflächige Industrieanlage: Die Wahl einer optimal passenden Lösung stellt Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Anwendung sicher und schützt vor ungeplanten Anlagenstillständen, die oft zu hohen Folgekosten und im schlimmsten Fall zu einer nicht fristgerechten Belieferung des Kunden führen.

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Die 5 wichtigsten Faktoren für die Auswahl einer drahtlosen Kommunikationslösung in der Industrie

Ob Erweiterung oder Modernisierung bestehender Anlagen oder Neuentwicklung von Maschinen: Folgende Faktoren sollten berücksichtigt werden, wenn Kabelverbindungen durch drahtlose Kommunikation ersetzt werden soll:

 

  • Welche Kommunikationstechnologie kommt zum Einsatz? – Von seriell (RS232/485), Feldbus-Konverter und IO-Modulen über PROFIBUS, PROFINET, PROFIsafe bis hin zu openSAFETY/UDP, CAN, IO-Link und Ethernet.

  • Wie viele IO-Devices, Steuerungen etc. sollen in ein Netzwerk eingebunden werden? – Je nach Übertragungssystem sind zu jedem Master ein- oder mehrere Slave-Anwendungen möglich.

  • Welche Verbindungsstrecken müssen überbrückt werden und welche Technologie eignet sich dafür? – Mit Bluetooth können Reichweiten von bis zu 400 Metern indoor und mit Sichtverbindung erreicht werden, outdoor bis zu 1 Kilometer. Reichweiten von bis zu 4 Kilometern können mit Funk realisiert werden.

  • Welche Herausforderungen ergeben sich aus der Applikation bzw. dem Einsatzort? Verschmutze oder staubige Umgebungen, z.B. in Stahlwerken oder der Prozesstechnik, können Datenlichtschranken stören oder durch Korrosion und Abnutzung die Lebenszeit von Schleifringen einschränken. Für Funklösungen in Indoor- und Outdoor-Anwendungen gelten je nach Land und Einsatzbereich unterschiedliche Vorschriften und Zertifizierung.

  • Wie ausfallsicher muss die Datenübertragung sein? – Stabilisierte Funkstrecken ermöglichen sichere Verbindungen ohne Funkstörungen und eine Echtzeit-Kommunikation zwischen Steuerung und IO-Modulen und Datenfunksystemen.

"Kabel sind nach wie vor die beliebteste Lösung, um industrielle Daten zu übertragen." 

 

Kabel durch Funk ersetzen – Technologien für kabellose Datenübertragung in der Industrie

Schleppkabel / Schleppketten

Eine beliebte Lösung zur schnellen und sicheren Datenübertragung für bewegte Anlagen sind Schleppkabel – deshalb werden sie hier der Vollständigkeit halber erwähnt, auch wenn sie keine „drahtlose“ Alternative darstellen. Sie sind in der Erstinstallation kostengünstig, allerdings schränken Schleppketten die Mobilität angebundener Komponenten stark ein. Zudem verschleißen sie im industriellen Dauereinsatz sehr schnell und sind dann aufwendig zu ersetzen – von der Fehlersuche und dem Risiko durch beschädigte Kabel abgesehen. Das wirkt sich negativ auf die Total-Cost-of-Ownership im Lebenszyklus und die Wirtschaftlichkeit der Maschinen und Anlagen aus.

Elektrische Schleifringe

Schleifringe ermöglichen die Übertragung von Strom und Daten zwischen festen und rotierenden Bauteilen mittels physikalischer Kontaktierung. Sie sind in vielen Größen und Varianten erhältlich. Mit dem Einsatz von immer mehr Sensoren und größerer Vernetzung im IoT, höheren Datenraten und Echtzeit-Anforderungen werden Schleifringe immer häufiger durch Funklösungen ersetzt, auch als Retrofit für bestehende Schleifring-Anwendungen. Häufig wird zumindest die Schleifring Datenübertragung durch eine alternative Technologie ersetzt. Ein Nachteil der Schleifring-Technologie ist ihr prinzipbedingter Verschleiß, der zu Ausfällen durch ungeplante Wartungen und Maschinenstillständen führen kann.

Datenlichtschranken

Für Distanzen von bis zu 300 Metern können Datenlichtschranken zum Einsatz kommen. Sie zeichnen sich durch hohe Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 100Mbit/s aus und sind weitgehend wartungsfrei, von der regelmäßigen Reinigung der Sende- und Empfangseinheit abgesehen. Lichtschranken funktionieren allerdings nur auf Sicht, ohne Höhenversatz und können im Gegensatz zu funk-basierten Systemen nicht für Multi-Point-Netzwerke eingesetzt werden.

Induktive Datenübertragung

Bei diesem Verfahren werden Daten über induktive Koppler übertragen – kontaktlos und damit ohne mechanische Beanspruchung und Verschleiß. Sie werden als Alternative von Schleifringen oder für spezielle Anwendungen wie Elektro-Hängebahnen eingesetzt. Dabei sind sie deutlich weniger flexibel als Funksysteme, da Sie einen festen Einbau erfordern. Sie sind außerdem wartungsintensiv und vergleichsweise teuer.

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Zwei verschiedene Antennen sorgen bei dieser Technologie für eine Datenübertragung ohne Sichtverbindung. Das Verfahren ist aufgrund der sensiblen Empfangsantennen allerdings störanfällig. Ein hoher Einstiegspreis für die Installation und der Verschleiß führen im Lebenszyklus zu vergleichsweise hohen Kosten und wirken sich damit negativ auf die Wirtschaftlichkeit der Lösung aus.

Datenfunk: die zuverlässige Alternative für Kabelverbindungen

Für mobile und flexible Anlagen und Maschinen sowie die Anbindung beweglicher und rotierender Teile in einer Anlage über Feldbus-Protokolle eignen sich Datenfunksysteme ideal: Sie können mit allen gängigen Kommunikationsstandards wie PROFIBUS und PROFINET etc. verwendet werden, sind ausfallsicher und ermöglichen auch umfangreiche Netzwerke mit mehreren Steuerungen und IO-Modulen, die über größere Flächen verteilt liegen können.
>> Mehr Infos im Blogbeitrag: Mit Datenfunk zuverlässige und stabile Automatisierungslösungen schaffen.

 

"Kabellose Systeme erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, vor allem Industrie 4.0 - Projekte steigern die Nachfrage" 

 

Feldbusfehler verhindern mit sicherer Funkübertragung

Die Herausforderung für Datenfunk: Um störungsfrei zu funktionieren, muss die festgelegte maximale Antwortzeit eingehalten werden. Funkstörungen können die Übertragungszeit verlängern und führen dann zu Störungen, die wiederum Ausfall und Stillstand der Maschine oder Anlage zur Folge haben können. Um das zu verhindern, sollte bei der Wahl der Funklösung auf eine sichere und stabile Funkübertragung geachtet werden. Schildknecht arbeitet bei den DATAEAGLE Datenfunksystemen mit einer patentierten Technologie zur Stabilisierung der Funkstrecke, die Feldbusfehler durch verlorene oder verzögerte Datenpaket-Übertragung verhindert. Dabei werden Datenpakete nicht wie bei herkömmlichen Systemen ohne Vorverarbeitung übertragen, was schnell zu einer Überlastung der Funkstrecke und dann zu Ausfällen führen kann. Stattdessen werden die Datenpakete analysiert und vorverarbeitet und bei der Übertragung von z.B. PROFINET-Telegrammen gegenüber allgemeinem Ethernet-Traffic priorisiert. Die Zwischenspeicherung der Datenpakete und eine einstellbare Filterzeit gewährleisten zudem die Überbrückung kurzzeitiger Funkstörungen. Das Ergebnis ist eine sichere Echtzeit-Kommunikation zwischen Steuerung, IO-Modul und Datenfunksystem.

[Video: Funk-1mal1 - So funktionieren Wireless-Lösungen]

Finden Sie die optimale kabellose Lösung für Ihre Anwendung

Industrial Wireless Lösungen mit stabilisierter Funkübertragung zeichnen sich aus durch Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer ohne Wartungsaufwand, durch sichere Kommunikation und Robustheit gegenüber Störungen. Damit eignen sie sich ideal für den Einsatz in industriellen Anlagen und Maschinen. Die patentierte DATAEAGLE Produktfamilie bietet außerdem ein Höchstmaß an Flexibilität und eine einfach Plug-&-Play-Installation. 

In unserem Whitepaper stellen wir Ihnen verschiedene Technologien zur Datenübertragung vor und vergleichen diese unter anderem in einer praktischen Tabelle. So finden Sie einfach und in kürzester Zeit die optimale Lösung zur drahtlosen Datenübertragung für Ihren Anwendungsfall.

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