Für Industrie 4.0 und IoT Robuste drahtlose Kommunikation

Industrie 4.0 braucht eine robuste Kommunikationstechnik, die mit den anspruchsvollen Umgebungsbeeinträchtigungen umgehen kann. (Bild: Analog Devices)

Die Absicherung robuster und zuverlässiger Kommunikation ist entscheidend für die vernetzte Welt rund um das Internet der Dinge (IoT) und Industrie 4.0.

Analog Devices stellt sich dieser Herausforderung und dem Management der realen Umweltbeeinträchtigungen, die sich auf Kommunikationssysteme auswirken.

Industrie 4.0 oder „Smart Industry“ wird als eine neue industrielle Revolution angekündigt, bei der vorhandene Systeme miteinander vernetzt sind, um cyber-physikalische Systeme zu schaffen: Unterschiedliche Technologien – Sensorik, Kommunikation und Verarbeitung großer Datenmengen (Big Data) – wachsen zusammen und gelten als die Funktionsblöcke von Industrie 4.0. Durch die Erweiterung von Embedded-Systemen um geeignete Schnittstellen, sprich Connectivity, – von der Werkshalle bis zu den Produkten, die Kunden verwenden – und der Datengewinnung in Echtzeit ist es theoretisch möglich, Effizienzsteigerungen von bis zu 30 Prozent zu erzielen. Die gewonnenen Daten können nicht nur den Fertigungsprozess optimieren, sondern auch bessere Geschäftsentscheidungen ermöglichen und den Weg für neue Geschäftsfelder ebnen.

Die Basis für Industrie 4.0 ist eine zuverlässige Kommunikationsinfrastruktur, die es Entscheidern ermöglicht, Daten aus Maschinen, Fabriken und Geräten im Feld zu gewinnen. Wie im Abschlussbericht der „Arbeitsgruppe Industrie 4.0“ zu lesen ist, ist es die Vernetzung, die aus der Konvergenz der physikalischen und der virtuellen Welt in Form von cyber-physikalischen Systemen entsteht. Außerdem weist der Bericht darauf hin, dass zuverlässige, umfassende und hochwertige Kommunikationsnetze ein wesentliches Element für Industrie 4.0 sind.

Drahtlose Connectivity im Sub-GHz-Bereich ermöglicht heute bereits die automatisierte Ablesung von Energieverbrauchszählern und das Remote-Messen von Daten (Remote Sensing). Ein Beispiel ist die Überwachung von Strukturen. Drahtlose Geräte werden oft mit Batterien versorgt und nutzen Sensoren, um physikalische Daten zu messen, zu quantisieren und danach die aufgenommenen Daten an einen Sammelknoten oder Gateway weiterzuleiten, von wo aus sie in die Cloud zur weiteren Verteilung und Verarbeitung geschickt werden können.

Heute setzen sich drahtlose Lösungen in der Fertigungsautomatisierung immer mehr durch. Es wird erwartet, dass die Zahl der ausgelieferten Drahtlosgeräte weiter wächst, da sie immer mehr den Anforderungen aus dem Bauwesen, den Bereichen Landwirtschaft und Umwelt sowie Energieerzeugung und -verteilung erfüllen.

Bei der Entwicklung eines drahtlosen Systems sind von den Entwicklern eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen. Die Friis-Übertragungsgleichung besagt, dass man mehrere Parameter ändern kann, um die Reichweite eines Funksystems zu vergrößern. So kann man zum Beispiel die Übertragungsleistung oder die Empfangsempfindlichkeit oder beides erhöhen. Allerdings begrenzen Verordnungen die maximale Übertragungsleistung, und Komponenten wie Hochleistungsantennen und externe LNAs können die Kosten eines Systems beachtlich erhöhen. Deshalb achten Entwickler bei der Wahl eines drahtlosen Empfängers vor allem auf die Spezifikation der Empfangsempfindlichkeit. Doch die Empfindlichkeit alleine besagt nicht alles.