Sensoren, die per Funk kommunizieren, setzen sich zunehmend durch – vor allem an beweglichen oder in schlecht zugänglichen Bereichen von Maschinen und Anlagen. Dabei stehen verschiedene Funkstandards zur Verfügung. Neu sind Funknetzwerke, bei denen hunderte von Sensoren über Access Points und eine Sensor Bridge direkt an übergeordnete IT-Systeme angebunden werden. 

In der Industrie kommen immer häufiger Schaltgeräte und Sensoren zum Einsatz, die kabellos kommunizieren. Diese Art der Signalübertragung vereinfacht die In-stallation erheblich und bietet zum Beispiel dann zusätzliche Vorteile, wenn die Sensoren an beweglichen Maschinenkomponenten oder an mobilen Einrichtungen eingesetzt werden. Voraussetzung ist, dass auch die Energieversorgung ohne Lei-tung, das heißt in der Regel über eine in den Sensor integrierte Batterie, erfolgt.
Steute hat sich frühzeitig mit der Nutzung von Funktechnologien für die Sensor-Aktor-Kommunikation beschäftigt. Den Anfang machten energieautarke Schaltgeräte, die ohne Batterie auskommen, weil sie die für das Senden der Signale erforderliche Energie selbst erzeugen – zum Beispiel über einen elektrodynamischen Energiegenerator. Diese Technologie bietet ohne Frage auch gegenüber batteriegestützten Funkschaltgeräten Vorteile. Doch lassen sich mit ihr bestimmte Anwendungen nicht abdecken – zum Beispiel solche, bei denen ein Präsenzsignal erwünscht ist.
Deshalb entwickelte der Steute-Geschäftsbereich Wireless Schritt für Schritt ein modulares Programm, das die Kombination verschiedener Bauformen von Funk-schaltgeräten und -sensoren (Positionsschalter, Seilzugschalter, Magnet- und Induk-tivsensoren…) mit unterschiedlichen Funktechnologien (2,4 GHz, 868/ 915/ 917/ 922 kHz, uni- und bidirektional, mit und ohne Statussignal, energieautark…) erlaubt. Dabei kommunizieren die Funkschalter stets in Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einer zugehörigen Empfangseinheit im Schaltschrank.
Dieses Funkschalterprogramm kommt heute in vielen Anwendungsbereichen der Industrie zum Einsatz. Die hierfür genutzten und ebenfalls von Steute entwickelten sWave-Funkprotokolle sind für die hohen Anforderungen der Industriewelt geeignet.

868/ 915 kHz oder 2,4 GHz?

Die meisten aller heute eingesetzten Funktechnologien arbeiten im 2,4GHz-Frequenzband, das Steute für die sicherheitsgerichtete kabellose Kommunikation nutzt. Hier kommt das Funksystem sWave 2.4 GHZ-safe zum Einsatz, unter anderem bei der Betätigung von Pressen und anderen Umformanlagen. Bei der Mehrzahl der Anwendungen von Steute-Funksensoren wird jedoch das Funksystem sWave 868/ 915 kHz genutzt, das sich durch eine sehr geringe Störan-fälligkeit und eine sehr kurze „Aufwachzeit“ von wenigen Millisekunden bei Akti-vierung auszeichnet. Zudem können hier viele Sender mit einem Empfänger verbunden werden.
Bezogen auf die Anwendungen lässt sich feststellen, dass es nicht die Funktechnik schlechthin gibt. Das 868/ 915 MHz-Band ist die Basistechnologie für die unregelmäßige Sensor-Aktor-Kommunikation, während sich das 2,4GHz-Band eher für anspruchsvollere Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit, jedoch kurzer Reichwei-te eignet. Somit lassen sich beide Systeme in ihrem Eigenschaftsprofil gut vonei-nander abgrenzen und haben jeweils ihre Berechtigung im Markt.
Die Möglichkeit, viele Sender mit einem Empfänger zu verbinden, hat die Voraus-setzung für den Aufbau von Funknetzwerken geschaffen, in denen mehrere hundert elektromechanische Schaltgeräte und/oder Sensoren über Access Points kabellos mit übergeordneten IT-Systemen kommunizieren. Diese Systeme ersetzen nicht die bisher beschriebenen Funkstandards, sie ergänzen sie vielmehr und erschließen neue Anwendungsbereiche vor allem in der Intralogistik.
Als Plattform für diese Funk-Anwendung hat Steute sWave.NET entwickelt – eine Funktechnologie für komplexe Anlagen und Netzwerke, die sich auf die unregel-mäßige Übertragung kleinerer Datenpakete bei sehr niedrigem Energieverbrauch beschränkt. Die Reichweite im Freifeld beträgt bis zu 700 Meter, im mobilen Ma-schineneinsatz sind es in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen bis zu 100 Meter.
Dieses Funksystem bildet die Basis für Komplettlösungen zur Erfassung, Sammlung und Übertragung von Sensordaten aus dem Feld in übergeordenete IT-Systeme oder das Internet der Dinge (IoT), die Steute unter der neuen Marke nexy entwickelt.

Anwendungen: E-Kanban und FTS-Flotten

Zu den typischen Anwendungen, für die es bereits eine nexy-Komplettlösung gibt, gehört die Nachschubversorgung per E-Kanban. Hier stehen auch spezielle Funk-sensoren zur Verfügung, die kabellos den Füllstand von Kanban-Regalen erfassen. Auch für FTS-Flotten wurde eine Applikation entwickelt. Bei ihnen schätzen die Betreiber unter anderem den besonders energiearmen Betrieb des Funknetzes, der durch die Sleep- und Wake up-Funktionen noch unterstützt wird. Der FTS-Hersteller dpm Daum & Partner nutzt diese Funktionen bereits bei mehreren FTS-Flotten unter anderem in der Automobilproduktion.
Ein weiterer Vorteil von nexy im Hinblick auf die Effizienz und Flexibilität besteht darin, dass sich das Netzwerk (mit Funkkommunikation, Access Points und Sensor Bridge) für mehrere Funk-Anwendungen nutzen lässt. So können zum Beispiel FTS-Flotten und E-Kanban-Regale in ein und demselben nexy-Netzwerk kommunizieren.

Funktechnologien – zu sehen auf der sps

Aus Sicht des Anwenders bieten diese Systeme unter anderem den Vorteil, dass sie neue Möglichkeiten für den Informations- und Datenaustausch über die einzelnen Ebenen hinweg eröffnen – vom Shopfloor bis zum Management, in unterschiedlichen Branchen und Anwendungen. Das gilt auch und gerade für die nach den Grundsätzen von Industrie 4.0 gestaltete Produktion. Denn der durchgängige Informationsfluss ist eine zentrale Voraussetzung für die wirtschaftliche (teil-) automatisierte Fertigung von anspruchsvollen Produkten in kleinen Stückzahlen.
Auf der SPS wird Steute alle hier beschriebenen Funktechnologien vorstellen: energieautarke und batteriegestützte Funkschaltgeräte und -sensoren, Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und komplette, anwendungsspezifisch konfigurierte Funknetzwerke.