Echtzeit-WLAN für die OT Latenzfreies Roaming ohne Unterbrechung 

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Losyco erhielt den Auftrag, 23 mobile Plattformen in einer Produktionslinie anzubinden. Dafür war eine Funklösung nötig, die Steuer- und Safety-Daten mit geringer Latenz überträgt. Der Fördertechnik-Anbieter entschied sich für BlitzFunk, ein Echtzeit-WLAN für die Industrie.

Losyco setzt für das Projekt bei dem Automobilhersteller Rail-Guided Vehicles (RGVs) ein, die ein zu fertigendes Fahrzeug durch verschiedene Bearbeitungstrakte transportieren. Die Echtzeitfähigkeit des dafür eingesetzten Funksystems ist essenziell, da nicht nur alle Steuerungs- und Sensordaten des Fertigungsprozesses zu übertragen sind, sondern auch die Safety-Daten (PROFIsafe): Weil sich die RGVs ihren Arbeitsbereich mit Menschen teilen, sah das Sicherheitskonzept einen zentralen Nothalt aller RGVs innerhalb von 200 ms vor.

Normales WLAN scheitert in der Produktion

Jochen Heidbrink, Projektleiter bei Losyco, erklärt: „Normales WLAN ist dafür nicht gemacht. Safety-Daten müssen immer rechtzeitig ankommen, sonst stoppt die Produktion. Bei anderen Anbietern kam es oft zu ungewollten Stillständen, vor allem beim Roaming – und das braucht es bei so großen Fertigungsflächen wie unserer immer.“ Bei normalem WLAN ist der Client mit genau einem Access Point verbunden. Bevor er dessen Reichweite verlässt, muss er sich mit dem nächsten Access Point verbinden. Das heißt, dass die Verbindung ab- und wieder aufgebaut wird. „Manche Anbieter haben den Roaming-Prozess von WLAN zwar verbessert, aber es gibt trotzdem kurze Aussetzer. Das war für uns nicht akzeptabel“, so Heidbrink weiter. Um Roaming-Probleme zu vermeiden, wird normalerweise eine langwierige Funkplanung gemacht, die die Anzahl der Übergänge zwischen Access Points minimiert. Häufig kommen dafür auch Leckwellenleiter zum Einsatz – strahlende Kabel, die entlang der abzudeckenden Strecke verlegt werden. Dafür sind meist Bodenarbeiten nötig, was Budget und Zeitaufwand in die Höhe treiben kann.

Latenzfreies Roaming ohne Unterbrechung 

Die WLAN-Lösung BlitzFunk funktioniert anders: Es ist ein Echtzeit-WLAN für die Operational Technology, bei dem sich die Access Points koordinieren und somit latenzfreies Roaming garantieren. Da das Roaming hier keine negativen Auswirkungen hat, sind Überlappungen zwischen Access Points kein Problem, und der Aufwand für die aufwendige Funknetzplanung reduziert sich um ein Vielfaches. BlitzFunk garantiert eine schnelle Datenübertragung mit vorhersagbar kurzer Verzögerung im Millisekunden-Bereich, selbst bei vielen gleichzeitig verbundenen mobilen Geräten. Die garantierte, maximale Einweglatenz mit einem Gerät beträgt lediglich 4 ms, für jedes weitere kommen 2 ms dazu. Diese Garantie gilt auch für den Roaming-Fall, was anspruchsvolle Steuerungen in Echtzeit auch für mobile Produktionssysteme ermöglicht.

Ausfallsicherheit in anspruchsvollen Industrie-Umgebungen

In der Fertigungsstraße des Automobilherstellers gibt es einen Lichttunnel mit vielen Stahlelementen sowie einen Schallschutzraum für besonders laute Arbeiten. Die Tore zu diesem Raum gehen zwischen den Fertigungstakten auf, das nächste Fahrzeug fährt ein, dann schließen sich die Türen. Das sind für klassische WLAN-Systeme äußerst schwierige Bedingungen, die für BlitzFunk kein Problem darstellen, da es mehrere Frequenzen und Antennen kombiniert, um auch unter schwierigen Funkbedingungen stabil zu übertragen. Das latenzfreie Roaming ermöglicht eine beliebig dichte Platzierung von Access Points, sodass selbst beim Ausfall eines Access Points die Anlage nicht beeinträchtigt wird. 

Schnelle Installation ohne Funkfeldplanung 

"In unseren Tests konnten wir die gesamte Fertigungsstraße schon mit acht Access Points problemlos abdecken. Für maximale Ausfallsicherheit haben wir aber zwölf Access Points installiert, um kritische Orte wie den Lichttunnel und den Schallschutzraum noch besser auszuleuchten“, erinnert sich Heidbrink. Statt aufwendiger Simulationen und Messkampagnen genügte es, die Access Points an frei gewählten, möglichst unverdeckten Positionen zu montieren und dabei lediglich offensichtliche Hindernisse wie metallische Abschirmungen zu vermeiden. 

Die garantierte maximale Einweglatenz in der Installation beträgt gerade einmal 48 ms, auch wenn alle 23 Plattformen gleichzeitig Daten austauschen und sich zwischen den Access Points bewegen. Für die Einrichtung hatte Losyco zwei Tage mit den Funk-Experten gebucht. „Wir waren erst skeptisch, ob das reicht – mit anderen Lieferanten hat es viel länger gedauert. Am Ende war das Funksystem in nur zwei Stunden in der gesamten Halle installiert, den Rest der Zeit nutzten wir für Tests“, berichtet Heidbrink.  

Höchste Sicherheit und volle Kontrolle

Losyco konnte sofort mit dem Funknetz arbeiten. Das testweise Abschalten von Access Points führte erst zu einer Beeinträchtigung, als vier in einer Reihe liegende Access Points abgeschaltet wurden. Als weiterer Test wurde die Datenmenge pro Nachricht um den Faktor 4 auf über 500 Byte erhöht, was ebenfalls problemlos funktionierte. Ein weiterer Vorteil ist das eingebaute Monitoring, dank dem sich das Funksystem als Fehlerquelle eindeutig identifizieren oder ausschließen lässt. Nicht zuletzt überzeugt Blitzfunk bei der Security mit geräteindividueller und quantensicherer Verschlüsselung und Authentifizierung. 

Losyco installierte mit BlitzFunk ein stabiles Funksystem mit vielen unterstützten WLAN-Frequenzen, das sich wie ein verteilter Ethernet-Switch verhält und mit allen Ethernet-basierten Protokollen funktioniert. Auch wenn BlitzFunk eine proprietäre Funkschnittstelle nutzt, ist dank der standardisierten Ethernet-Schnittstelle ein Umstieg auf ein anderes WLAN prinzipiell möglich. 

Preiswerter als gedacht – trotz Premium-Hardware

Für die Fertigungsstraße des Automobilherstellers wurden zwölf Access Points und 23 Clients beschafft. Die Access Points sind PoE-fähig und wurden an zwei Gigabit-Ethernet-Switches angeschlossen. „Trotz der hochpreisigeren Komponenten hat uns das BlitzFunk-Netzwerk im Vergleich zum nächstgünstigeren Angebot nur ein Drittel so viel gekostet, weil die Bodenarbeiten und die aufwendigen Service-Leistungen für Konfiguration und Inbetriebnahme entfielen. Im Vergleich zu eigensicheren Plattformen konnten wir sogar über 80 Prozent sparen“, erklärt Heidbrink. Das installierte Funksystem überträgt ohne Funkfeldplanung sowohl Steuerdaten als auch sicherheitsgerichtete Daten zuverlässig innerhalb der geforderten Deadline – auch in dieser komplexen Produktionsumgebungen mit Roaming. Dank der einfachen Erweiterbarkeit eignet sich die Lösung auch für zukünftige Projekte. 

Dr. Lucas Scheuvens ist Geschäftsführer der fünfeinhalb Funksysteme GmbH.