Wie die Chancen für drahtlose Messtechnik in der Automatisierung stehen und welche Hürden zu nehmen sind, erklärt Bernhard Juchheim, geschäftsführender Gesellschafter der Jumo-Unternehmensgruppe.

Die Anfänge der drahtlosen Datenübertragung reichen bis in die 40er Jahre des vorigen Jahrhunderts zurück, doch der WLAN-Boom setzte erst vor rund 15 Jahren mit der steigenden Popularität des World Wide Web ein. So hat sich die Zahl der Internetnutzer in Deutschland zwischen 2001 und 2013 mehr als verdoppelt. Bereits im Jahr 2011 verfügten rund 70 Prozent der Haushalte über einen drahtlosen Internetzugang. Einen zusätzlichen Schub erlebte die Technologie durch die immer stärkere Verbreitung mobiler Endgeräte. Heute besitzen 37 Prozent aller Deutschen ein Smartphone und können bundesweit mehr als 15.000 Hotspots nutzen. Die Frage, ob die Zukunft der Kommunikation und Information drahtlos ist, lässt sich im privaten Bereich also mit einem Ja beantworten.

Eine differenziertere Betrachtungsweise ist beim Einsatz dieser Technologie im produzierenden Gewerbe nötig. Denn der Ausfall eines WLAN-Netzes im privaten Bereich mag für kurzfristigen Unmut sorgen, in einer industriellen Anlage hingegen können kostspielige Schäden die Folge sein. Dennoch halten drahtlose Übertragungstechniken auch in immer mehr Fabriken und Firmen Einzug. Der Grund hierfür ist Industrie 4.0. Die zunehmende Vernetzung sämtlicher Bereiche eines Unternehmens bringt einen wachsenden Kontrollbedarf mit sich. An immer mehr Stellen muss gemessen, geregelt oder automatisiert werden, um eine intelligente, sich selbst organisierende Fabrik Realität werden zu lassen.

Diese Entwicklung lässt sich beispielhaft an den Komponenten von Jumo nachverfolgen. Im Jahr 2007 brachte das Unternehmen die ersten Fühler zur drahtlosen Temperaturmessung auf den Markt, die vor allem in der Fleischereibranche zum Einsatz kamen. Hier müssen die Rohprodukte zahlreiche Verfahrensschritte durchlaufen, bei denen eine exakte Temperaturmessung unabdingbar ist. Kabelgebundene Lösungen scheiden aufgrund der weiten Wege in der Produktion aus. So konnte Jumo schon frühzeitig Erfahrungen mit der drahtlosen Funkmesstechnik sammeln und in den Folgejahren für weitere Messgrößen umsetzen. Das nächste Produkt war ein programmierbarer Kopfmessumformer mit Funkübertragung. Seit 2013 ist ein Gerät zur kabellosen Druckmessung erhältlich - 2014 kommt ein Kombi-Messgerät für Temperatur, Feuchte und CO2-Gehalt auf den Markt.

Wesentlicher Vorteil: reduzierter Installationsaufwand

Vorteil der Funkübertragungstechnologie ist unter anderem der reduzierte Aufwand für die Installation. Lange Anschlussleitungen in kabelgebundenen Systemen sind meist hinderlich für den Anwender und stellen eine potentielle Fehlerquelle in der Messkette dar. Funkbasierte Sensoren bieten hier im Vergleich zu drahtgebundenen Lösungen effektive und günstige Alternativen. Auch an beweglichen, rotierenden, fahrenden und nicht fest montierten Anlagenkomponenten kann die Funkmesstechnik ihre Stärken ausspielen. Störanfällige, kostspielige Kabelverbindungen entfallen, die funkbasierte Sensortechnik funktioniert auch in rauer Industrieumgebung. Bei temporären Messungen, wie sie beispielsweise bei Prozessoptimierungen, Pilotanlagen oder Wartungsaufgaben nötig sind, können sich Anwender eine zeitintensive Montage und Installation ersparen. Im Vergleich zur drahtgebundenen Messdatenübertragung reduzieren sich so die Kosten bei Wartung, Reparatur und Neuinstallation erheblich.

Grenzen der Wireless-Technologie

Doch es wäre falsch, angesichts der scheinbar grenzenlosen Möglichkeiten der drahtlosen Messtechnik in Euphorie zu verfallen und ein kabelloses Fabrikzeitalter herbei zu beschwören. Doch auch der Wireless-Technologie sind Grenzen gesetzt, zum Beispiel durch die Reichweite. So senden Jumo-Geräte zuverlässig bis zu einer Reichweite von 300 Metern, bei günstigen Bedingungen bis zu 600 Metern. In der Regel reicht diese Entfernung für alle nötigen Anwendungen aus. Aber spätestens dann muss ein Empfänger platziert werden, der die Daten verarbeitet und mittels Kabel weitergibt. Bei der Planung der Funk-Messstellen ist auch das Umfeld genau zu berücksichtigen. Gibt es elektronische Störquellen? Sind bauliche Hindernisse, wie zum Beispiel massive Wände, zu überwinden? All das muss im Vorfeld berücksichtigt werden, um eine konstante, fehlerfreie Messwertübertragung sicherzustellen.
Ein weiteres Thema, das nicht unterschätzt werden darf, sind die Batterien, die in den Sendeeinheiten verwendet werden. Die Lebensdauer der Energiespender ist von vielen Faktoren abhängig. Das gewählte Sendeintervall, die Umgebungstemperatur oder die Einbausituation sind dabei zentrale Faktoren. Unbedingt zu empfehlen ist die Verwendung von Lithium-Batterien. Vorteile gegenüber herkömmlichen Alkali-Mangan-Batterien sind eine höhere Energiedichte und spezifische Energie, die hohe Zellspannung, die sehr lange Lagerfähigkeit durch geringe Selbstentladung sowie der weite Temperaturbereich für Lagerung und Betrieb. In Jumo-Geräten zur drahtlosen Messwerterfassung muss eine Lithium-Batterie bei durchschnittlichen Rahmenbedingungen erst nach einem Jahr ausgetauscht werden. Berücksichtigt man diese Punkte, dann steht einer Fabrikanlage, in der alle Komponenten drahtlos miteinander kommunizieren, fast nichts mehr entgegen.