Neuer Bereich der drahtlosen Kommunikation in der industriellen Automatisierung

Ericssons 5G RadioDot

Seit Mitte der 1990er Jahre orientieren sich industrielle Kommunikationstechnologien zunehmend an Mainstream-Technologien. Diese Mainstream-Lösungen sind – teilweise angepasst – in die Automatisierungsaufgaben der Fertigungsindustrie eingeflossen. Beispiele hierfür sind die Ethernet- und WLAN-Technologie, aber auch der Industrie-PC, sagt Alexander Bufalino, VP Marketing, Quectel Wireless Solutions Co.,Ltd.

Ein Grund für diesen Trend sind Skaleneffekte, die beispielsweise durch den Einsatz von Standardtechnologien aus dem IT- und Office-Umfeld erzielt werden können, die es ermöglichen, auf kostengünstigere Hardware wie Chips und Geräte zurückzugreifen. Ein weiterer Grund ist, dass Mainstream-Technologien von einer enormen Anzahl von Forschern und Entwicklern unterstützt werden, die eine technische Leistung erbringen, die für die Bedürfnisse einer einzelnen Branche nicht machbar wäre.

Ähnlich verhält es sich mit der Mobilfunktechnik. Es stammt aus der IKT (Informations- und Kommunikationstechnologie) und wurde in seiner Entwicklung zuerst für die Sprachkommunikation und später immer mehr für die Datenkommunikation verwendet. Heute konzentriert sich diese Technologie auf schnelle, drahtlose Datenkommunikation, nicht nur lokal, sondern in Kombination mit dem Internet ein wahrhaft globales Kommunikationsnetzwerk, das von fast überall auf der Welt genutzt werden kann.

Erfolg bei unkritischer Überwachung

Die Industrie der industriellen Automatisierung (IA) hat in den letzten 10 bis 15 Jahren auch versucht, Mobilfunktechnologien (2G, Edge, 3G, LTE und andere) für ihre Anwendungen zu nutzen. Erfolgreiche Anwendungen finden sich insbesondere bei unkritischen Überwachungsaufgaben und in der Fernwartung von Maschinen und Anlagen.

Die vorherigen Generationen der Mobiltechnologie konzentrierten sich jedoch auf mobile Breitbandanwendungsfälle für den öffentlichen Smartphone-Benutzer. Der Umgang mit kritischen Anwendungsfällen der Automatisierung in früheren Generationen öffentlicher Mobilfunknetze bringt mehrere Herausforderungen mit sich, beispielsweise in den Bereichen Latenz, Geschwindigkeit der Ereignisweitergabe und Determinismus, der Sicherheit, mit der das oben genannte Ereignis weitergegeben wird. Auch die Transparenz und Diagnose des Mobilfunks blieben weitestgehend hinter den Erwartungen von IA zurück.

Mit dem neuen 5. ^ten Generation der Mobilfunktechnik, 5G, Industrial Use Cases und insbesondere Industrial Automation Use Cases mit ihren besonderen Anforderungen an Latenz, Determinismus und Zuverlässigkeit der Kommunikationslösung in den Fokus gerückt. Die 5G-Technologie entsteht in mehreren Schritten, den sogenannten Releases, die von der Standardisierungsorganisation 3GPP (the 3rd Generation Partnership Project – www.3gpp.org) entwickelt und veröffentlicht werden.

Aktuell ist Release 15 als erstes 5G-Release erschienen. Release 16 steht kurz vor der Fertigstellung und Release 17 und 18 sind bereits in Planung. Release 15 ist jedoch die erste auf dem Markt erscheinende 5G-Technologie, die im Vergleich zu 4G (LTE) ein neues Funkkommunikationsverfahren namens New Radio (NR) verwendet. Mit dieser – und vielen anderen Neuerungen – ermöglicht Release 15 eine deutlich erhöhte Datenübertragungsgeschwindigkeit, die als Enhanced Mobile Broadband (eMBB) bezeichnet wird.

Private 5G-Netzwerke

IA kann in wenigen Anwendungen von diesen Innovationen profitieren. Besondere Aufmerksamkeit gilt jedoch den neuen Features der Releases 16 und 17. Müssen wir uns noch länger gedulden? Nein, denn es gibt eine weitere Neuheit, die in einigen Regionen der Welt bereits verfügbar ist und in anderen Regionen immer mehr diskutiert wird – private oder nicht öffentliche 5G-Netze.

Nicht-öffentliche Netzwerke sind dedizierte Netzwerke für Unternehmen, die auf die spezifischen Leistungs-, Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanforderungen des jeweiligen Unternehmens ausgerichtet sind. Private 5G-Netze können auf unterschiedliche Weise eingesetzt werden, entweder vollständig vom öffentlichen Netz isoliert oder in bestehende Betreibernetze integriert. In vielen Ländern, wie beispielsweise in Deutschland, haben die Frequenzregulierungsbehörden Möglichkeiten geschaffen, die Mobilfunktechnik in getrennten Frequenzen für den Betrieb privater Netze zu nutzen. Damit stehen neben den öffentlichen Mobilfunknetzen weitere Frequenzen zur Verfügung, um lokale Anwendungen in getrennten Netzen mit gleicher Technologie zu bedienen.

Vor diesem Hintergrund haben Phoenix Contact, Ericsson und Quectel gemeinsam den ersten industriellen 5G-Router für lokale Industrieanwendungen in einem privaten 5G-Netz entwickelt und eingesetzt. Durch die frühzeitige Zusammenarbeit konnten die drei Unternehmen schnell eine Lösung entwickeln, die über private 5G-Netze eine kommerzielle Leistung bietet.

Im Rahmen der Zusammenarbeit zwischen Quectel, Phoenix Contact und Ericsson wurden im Ericsson-Labor umfangreiche Interoperabilitätstests durchgeführt, um die zuverlässige kommerzielle Leistung des 5G-Routers sicherzustellen. Darüber hinaus haben alle drei Unternehmen eng zusammengearbeitet, um Industrie 4.0-Anwendungen mit diesem privaten 5G-Standalone-Netzwerk zu ermöglichen. Durch unsere gemeinsamen Bemühungen machen wir es unseren Kunden einfach und risikofrei, ein zukunftserprobtes, hochmodernes 5G-Nicht-öffentliches Netzwerk für IA bereitzustellen.

Quectel ist ein globaler Anbieter von Mobilfunk- und GNSS-Modulen mit einem breiten Produktportfolio, das 5G, LTE/LTE-A, NB-IoT/LTE-M, UMTS/HSPA(+), GSM/GPRS und GNSS umfasst. Als professioneller Entwickler von IoT-Technologie und Anbieter von Mobilfunkmodulen ist Quectel in der Lage, IoT-Mobilfunkmodule aus einer Hand anzubieten. Quectel-Produkte werden im gesamten IoT/M2M weit verbreitet eingesetzt, darunter für intelligente Zahlungen, Telematik und Transport, intelligente Energie, intelligente Städte, Sicherheit, drahtlose Gateways, Industrie, Gesundheitswesen, Landwirtschaft und Umweltüberwachung.

Mit seinen RG500Q/RG510Q/RM500Q/RM510Q Mobilfunkmodulen hat das Unternehmen auf dem MWC 2019 die ersten 5G-basierten Module vorgestellt, die den aktuellen X55-Chipsatz von Qualcomm verwenden und 5G Release 15 sowohl in NSA (nicht eigenständig) als auch in SA (Stand-alone) unterstützen. allein) Modus, wobei RG500Q/RM500Q Sub-6GHz unterstützt und RG510Q/RM510Q Sub-6GHz und mmWave unterstützt.

Ericsson als Netzanbieter ist eine Kraft der 5G-Technologieentwicklung. Neben der Ausstattung traditioneller öffentlicher mobiler Breitbandkommunikationsnetze von Mobilfunknetzbetreibern (MNO) arbeitet Ericsson mit Kommunikationsdienstanbietern (CSP) zusammen, um das volle Potenzial von 5G im Kontext von Industrie 4.0 zu erschließen.

Aus diesem Grund hat Ericsson dedizierte Netzwerklösungen für private Netzwerke entwickelt, z. g. die maßgeschneiderte Ericsson Private Networks Solution oder das kompakte Ericsson Industry Connect. Um das Know-how der verschiedenen ICT-Player auf dem Markt optimal zu nutzen, besteht die bevorzugte Strategie von Ericsson darin, diese 5G-Lösungen gemeinsam mit Mobilfunknetzbetreibern der Branche anzubieten.

Phoenix-Kontakt ist weltweiter Anbieter von Komponenten, Systemen und Lösungen im Bereich Elektrotechnik, Elektronik und Automatisierung. Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung im Bereich der drahtlosen Datenübertragung liefert Phoenix Contact WLAN-, Bluetooth- und Mobilfunk-Router für industrielle Anwendungen.

Die neueste Mobilfunkentwicklung von Phoenix Contact ist ein 5G-Router, einer der ersten industriellen 5G-Mobilfunkrouter auf dem Markt. Mit diesem Gerät können industrielle Anwendungen wie Maschinen, Steuerungen und andere Geräte an ein 5G-Netz angeschlossen werden. Im Fokus dieser Geräte steht die Integration unterschiedlicher Anwendungen in eine private 5G-Kommunikationsinfrastruktur mit dem Ziel, die industriellen Anwendungen in ihrer Ressourcennutzung, Priorität und ihrem Verhalten zu orchestrieren.

Vorteil der mobilen 5G-Kommunikationstechnologie

Im Gegensatz zu bisherigen Non-3GPP-Funklösungen, die alle – meist lizenzfreien – Funkbänder nur nach dem Best-Effort-Prinzip nutzen können und bei starker Auslastung des Funkspektrums gleichermaßen Leistungseinbußen hinnehmen müssen, ist ein privater Mobilfunk Netzwerk ermöglicht eine bedarfsgerechte Gestaltung der Frequenznutzung.

So kann das 5G-Netz zu einem neuen Kommunikations-Backbone in der industriellen Automatisierung werden, mit dem viele verschiedene Anwendungen gleichzeitig bedient werden können. Von einzelnen Sensoren über temporär vernetzte Maschinen, mobile Werkzeuge bis hin zu fahrerlosen Transportsystemen mit hochauflösenden Videokameras ist die gesamte Kommunikation drahtlos, performant, skalierbar und priorisiert.

Der Autor ist Alexander Bufalino, VP Marketing, Quectel Wireless Solutions Co., Ltd.