Pictures of the Future    Herbst 2005      

Berührungslose Industrienetze

Mit IWLAN – Industrial Wireless Local Area Network – lassen sich Maschinen kontaktlos bedienen. Die Funktechnik beendet das aufwändige Verkabeln und verbessert die Produktionsabläufe.

Zvvvtt . . . zvvvtt . . . – im Emdener Volkswagen-Werk schraubt ein Arbeiter den so genannten Triebsatz zusammen: Motorblock und Getriebe, die mit Antriebswellen und Federbeinen sowie weiteren Komponenten versehen werden, so dass eine funktionsfähige Einheit entsteht, die dann in die Autokarosserie eingebaut wird. Der Mann in der weißen Latzhose lässt den Schrauber los, der sachte zurückschnellt. Auf dem Monitor hinter ihm leuchtet ein grüner Schriftzug: "Warte auf neues Fahrzeug." Im unteren Teil des Displays erscheinen Daten wie die Fahrzeugnummer und der Motortyp. Schon wird automatisch der nächste Motorblock herangeschoben.

Früher mussten die Werker in der norddeutschen Autofabrik unterschiedliche Systeme nutzen: Das reichte von mit der Hand gehaltenen Schraubern bis zu Druckluftschraubern, die von Hängeschienen herabhingen und an die jeweilige Arbeitsposition gezogen werden mussten – eine sehr anstrengende Montage- und Schraubtechnik. Doch den Anlauf der neuen Passat-Reihe nahm VW Ende 2004 zum Anlass, die Montagelinien technisch aufzurüsten. Seit Mai 2005 wird im VW-Werk nun mit der drahtlosen Funktechnik IWLAN gearbeitet, die Siemens für die Industrie optimiert hat. Dabei werden nicht nur die mobilen Schraubstationen drahtlos gesteuert, sondern auch alle Daten per Funk übertragen.

"Wir wollten eine zukunftsträchtige Standard-Technologie, die uns Investitionsschutz bietet. IWLAN ermöglicht eine zuverlässige, robuste und sichere Datenübertragung. Wir können damit Kosten sparen und die Präzision noch weiter steigern", erläutert Christian Land vom VW-Anlagenbau. Bislang war WLAN vor allem aus der Heim- und Bürokommunikation bekannt. Dieses lokal begrenzte Funknetz schafft Datenraten bis 11 Mbit/s bei Frequenzen von 2,4 GHz und bis 54 Mbit/s bei 5 GHz. Im Prinzip ist WLAN auch für die Industrie geeignet, allerdings sind dafür Modifikationen nötig. So werden beim normalen WLAN die Datenpakete bei hohem Datenaufkommen in eine Warteschleife geschickt. In der industriellen Fertigung würde dieses Vorgehen aber bedeuten, dass etwa eine Walze in einem Stahlwerk einen Steuerbefehl nicht zur richtigen Zeit erhält und mit falscher Umdrehungszahl läuft oder ein fahrerloser Gabelstapler weiterfährt, weil er den Stopp-Befehl nicht rechtzeitig bekommen hat.

Deshalb hat Siemens IWLAN entwickelt (siehe Pictures of the Future, Herbst 2004, "WLAN und Ethernet"). "Die notwendige Zuverlässigkeit erreichen wir dadurch, dass sich bei IWLAN Datenraten reservieren lassen und die Antennen redundant ausgelegt sind", erläutert Ewald Kuk, Leiter des Produktmarketings SIMATIC NET bei Automation and Drives. Basis ist ein von Siemens entwickeltes, patentiertes Softwareverfahren. Weitere Funktionen wie die Überwachung mobiler Teilnehmer, eine Fehlermeldung bei Verbindungsabriss und der Aufbau redundanter Strecken auf den zwei erwähnten Frequenzen geben zusätzliche Zuverlässigkeit. Die Anwendungen reichen vom drahtlosen Anschluss von Steuerungen über mobile Diagnose- und Servicegeräte bis zu fahrerlosen Transportsystemen.

VW nutzt IWLAN auf Basis der RCoax-Technologie: Die Schraubstation läuft dabei motorgesteuert über eine Profilschiene. Dabei wird ein Kabel, das an einem Zugangsknoten für IWLAN angeschlossen ist, entlang der Montagestrecke geführt. Ein so genannter Leckwellenleiter dient als Antenne: Durch Schlitze an bestimmten Stellen der Abschirmung tritt eine definierte Sendeleistung aus und bildet ein begrenztes Funkfeld – so werden Reflexionen vermieden und die elektromagnetische Strahlung gering gehalten. Über ein Funkmodul senden die Schraubstation und der Werkstückträger ihre Position an die Anlagensteuerung. Diese vergleicht die gemeldeten Werte, ermittelt den notwendigen Vorschub und sendet die Steuerbefehle per Funk an die Schraubstation, die dann ihre Position automatisch einnimmt. Das entlastet den Arbeiter: Er muss das schwere Gehänge nicht mehr zu sich heranziehen und sich weder um die Eingabe der Werkstückdaten ins System kümmern noch das Drehmoment einstellen. Motorblocknummer und aktuelles Drehmoment werden automatisch von der Steuerung gefunkt.

Fehlgriffe ausgeschlossen. Mit der Funkübertragung lässt sich auch die Arbeit effizienter steuern. So werden etwa auf dem Display die Arbeitsschritte angezeigt. Darüber hinaus wird das Drehmoment überprüft, mit dem die Schraube angezogen wurde, und per Funk mit den Sollwerten aus einer Datenbank verglichen. Nur wenn die Verschraubungen korrekt sind, fährt die mobile Station selbsttätig an die Ausgangsposition zurück. Sind sie fehlerhaft, wird dies dem Werker auf dem Monitor angezeigt. Dann kann er den Fehler sofort beheben oder manuell die falsche Verschraubung im System quittieren und später korrigieren. Der Vorteil: Neben der besseren Fertigungsqualität und Ergonomie werden auch die Wege für die Arbeiter kürzer, da Anweisungen, Handbücher oder Informationen online übermittelt werden.

Weitere interessante Anwendungsmöglichkeiten für IWLAN sind Einschienenhängebahnen (EHB), etwa für den Transport von Montageteilen. Die EHB werden üblicherweise über Schleifkontakte gesteuert. Dabei ist aber der Abrieb wegen des mechanischen Kontakts sehr hoch, das erhöht den Wartungsaufwand und die Kosten. "Durch den einfachen Aufbau der berührungslosen Technik sind im Vergleich zum Schleifleiter weniger Leitungen nötig. Damit ergeben sich niedrigere Installationskosten, ein geringerer Verschleiß und eine reduzierte Wartung. Außerdem haben wir statt 500 kbit/s wie bei Schleifleitern nun eine Bandbreite von mehreren Megabit pro Sekunde. Damit lassen sich neben den gewohnten Statusinformationen auch komplette Betriebsdatensätze oder Produktionsdaten in sehr kurzer Zeit übermitteln", erläutert Ewald Kuk.

"Bei IWLAN ist Siemens den Wettbewerbern mindestens ein Jahr voraus", stellt Kuk fest. Doch die Experten geben sich damit noch nicht zufrieden. Sie streben eine durchgängige Kommunikation an, die von der Büro- bis zur Feldebene reicht. "Wir haben gemeinsam mit Siemens Communications das Konzept ,from the office to the shop floor‘ entwickelt. Unser Produktportfolio bietet eine durchgängige Infrastruktur für Fabriken und deren Verwaltung", sagt Kuk.

Einheitlich für Büro und Fabrik. Die Anwender wünschen sich eine durchgängige Kommunikation mit nur einem Netzwerk und einfachen Diagnose-Möglichkeiten. Dabei sollen die Vorteile der robusten Feldbusse wie Profibus ebenso genutzt werden wie Internet-Kommunikation (TCP/IP) und Funktionen, wie sie aus Büros bekannt sind. Die Lösung ist der Profinet-Standard. Er basiert auf Industrial Ethernet, das Siemens schon für die Datenkommunikation in der Steuerungsebene der Automatisierung einsetzt. Profinet ermöglicht Durchgängigkeit auf allen Ebenen und in allen Anwendungen: etwa Echtzeitfähigkeit, industriegerechte Installations- und Netzwerktechnik, Einbindung dezentraler Feldgeräte, hochpräzise Zeitsynchronisation für anspruchsvolle Regelung, einfache Netzwerkverwaltung sowie Schutz vor unbefugtem Zugriff und Datenmanipulation.

Von Profinet ist auch die Firma Maval überzeugt. Das spanische Unternehmen mit Sitz in Valencia liefert Automatisierungslösungen für die Großbäckereien einer Supermarktkette und will seinen Kunden eine neue, durchgängige und günstige Lösung anbieten. Maval favorisiert Profinet, weil es eine hohe Anlagenverfügbarkeit, eine kurze Inbetriebnahmezeit und einen unterbrechungsfreien Produktionsablauf verspricht und sich problemlos in die bestehende Infrastruktur integrieren lässt. Neben den Bäckereien profitiert auch die Supermarktkette von der Lösung: Bei Geschäftsschluss müssen die Mitarbeiter nur noch über einen Barcode-Scanner den Restbestand erfassen. Die Informationen werden an einen Server gesandt, der berechnet, wie viele Waren fehlen und anschließend eine entsprechende Bestellung an die Brotfabrik absetzt. Eine manuelle Order, etwa per Fax, ist nicht mehr nötig: Der Supermarkt spart damit Zeit und vermeidet Fehler. "Wir bieten ein durchgängiges System vom Regal bis zur Maschine. Früher waren dafür unterschiedliche Technologien notwendig, heute geht dies ohne Medienbrüche", so das Fazit des Maval-Experten Samuel Alonso Pulido.
                                                                                                          Evdoxia Tsakiridou