WLAN in der industriellen Bildverarbeitung

  • Mit einem zusätzlichen Funkmodul ausgestattet, stellt die Konzeptstudie IDS NXT vegas WiFi parallel zum IP65-geschützten LAN-Anschluss die WLAN-Frequenzen 2.4 GHz und 5 GHz nach IEEE802.11 sowie Bluetooth für die Übertragung zur Verfügung.Mit einem zusätzlichen Funkmodul ausgestattet, stellt die Konzeptstudie IDS NXT vegas WiFi parallel zum IP65-geschützten LAN-Anschluss die WLAN-Frequenzen 2.4 GHz und 5 GHz nach IEEE802.11 sowie Bluetooth für die Übertragung zur Verfügung.

Drahtlose Kommunikation ist im Consumer-Umfeld bereits Standard, in der industriellen Bildverarbeitung dagegen noch eher unüblich. Denn WLAN hat im zeitlichen Verhalten und in Bezug auf die Übertragungsstabilität so ihre Tücken. Doch ist das Funk-Netzwerk damit völlig ungeeignet für die industrielle Bildverarbeitung?

Drahtlose Netzwerke auf Basis von Wireless Local Area Network (WLAN) nach IEEE 802.11 stellen das Transportmedium von Ethernet durch die Luft dar. Verglichen mit der kabelgebundenen Ethernet-Übertragung zeigen sich Einschränkungen der Funk-Technologie im industriellen Umfeld. So sind trotz der aktuellen Standards WLAN-N bzw. WLAN-AC Angaben zu möglichen Datenraten von fast 7 Gbit/s nur graue Theorie, da sie stark von den eingesetzten Geräten und deren Umgebung abhängig sind. Das beeinflusst zudem die Übertragungsreichweite negativ. Daher kann man hier nicht mit den stabilen Übertragungsraten, die mit einem Ethernet-Kabel erreichbar sind, vergleichen. Aufgrund erhöhter Störanfälligkeit des nicht-deterministischen Funk-Mediums ist zudem mit Datenverlust und unkalkulierbaren Latenzzeiten zu rechnen. Anwendungen mit hartem Echtzeitbedarf sind mit kabelloser Kommunikation wohl nicht realisierbar. Stellt die Industrie hier zu hohe Anforderungen oder ist sie im Vergleich zur Consumer-Branche nur vorsichtiger in der Umsetzung neuer Technologien?

Mobilität als großes WLAN-Plus

Der Grund für den WLAN-Erfolg im Consumer-Umfeld liegt eindeutig in der Mobilität der kabellosen Technologie. Im WLAN-Sendebereich finden beliebig viele Geräte Zugang zum Netzwerk, bei freier Positionierung. Einmal autorisiert wechseln die Geräte die Sendebereiche völlig selbständig. Benutzerfreundlichkeit, Simplizität, unterstützende Assistenten, Hochsprachen – all diese Komfortmerkmale bedeuten einfache Bedienung, unkomplizierte Einrichtung, weniger Wartungsaufwand, geringere Notwendigkeit für Fachkenntnisse und letztendlich Zeit- und Kostenersparnis für Systemintegratoren und Anwender. Das sind auch für das industrielle Umfeld entscheidende Vorteile.

Weiterentwicklung des IDS-NXT-Gerätekonzepts

Mit den neuen Vision-App-basierten Geräten der IDS-NXT-Serie bietet IDS bereits eine flexible Plattform, die unzählige Anwendungsmöglichkeiten eröffnet und damit Industrie 4.0 und das IoT unterstützt, neue Wege zu gehen.

Durch einfache Bedienbarkeit und den Einsatz von Apps sind diese wandlungsfähigen Geräte zudem schnell konfiguriert und in Betrieb genommen. Anders als klassische Industriekameras können sie Zustände oder Merkmale ihrer Umgebung selbst auswerten und nur wenige, aber anwendungsrelevante Daten als Ergebnisse an PCs oder Prozesssteuerungen übermitteln. Damit sind die Geräte auch für Anwendungsfälle geeignet, in denen Maschinen weitestgehend autonom arbeiten und nur gelegentlich Ergebnis- oder Statusdaten melden müssen. Der Einsatz drahtloser Kommunikationskanäle in Geräten der IDS-NXT-Serie ist somit eine logische Weiterentwicklung des Konzepts.
Mit einem zusätzlichen Funkmodul ausgestattet, stellt die Konzeptstudie IDS NXT vegas WiFi parallel zum IP65-geschützten LAN-Anschluss die WLAN-Frequenzen 2.4 GHz und 5 GHz nach IEEE802.11 sowie Bluetooth für die Übertragung zur Verfügung. Durch eine interne Antenne behält der Vision-App-basierte Sensor (im selben Raum mit Sichtverbindung) weiterhin die IP65-Schutzklasse und unterstützt damit Funkverbindungen im Nahbereich. Eine zweite Variante der Konzeptstudie mit zertifizierter Außenantenne verleiht der Kamera eine Funkreichweite, wie sie üblicherweise auch andere WLAN-Geräte besitzen. Eine Stromversorgung vorausgesetzt, kann der IDS NXT vegas WiFi überall dort Bilder verarbeiten und Ergebnisse übermitteln, wo eine Netzwerkinfrastruktur fehlt. Da das integrierte WLAN-Modul sowohl Netzwerk-Client als auch Access Point sein kann, ist auch der direkte Zugriff über Mobilgeräte unabhängig von einem lokalen Netzwerk möglich. Das vereinfacht die Ersteinrichtung, Konfiguration und Wartung der Geräte, da diese an jedem beliebigen Ort über die Mobile-App an einem Tablet erfolgen kann. Auch ein Solar- bzw. gepufferter Akku-Betrieb ist mit einer Betriebsleistung von etwa fünf Watt realisierbar und ermöglicht den Geräten den vollständig kabellosen und somit mobilen Einsatz über mehrere Stunden.

Zahlreiche Einsatzmöglichkeiten durch gewonnene Flexibilität

Von den Möglichkeiten einer drahtlosen Kommunikation mit dem Bildverarbeitungsgerät profitieren generell alle mobilen Anwendungen, die weichen und festen Echtzeitanforderungen genügen und lediglich geringe Datenvolumen austauschen. In der Fabrik der Zukunft (Industrie 4.0) gehören Prozessoptimierung und Erhöhung der Gesamtanlageneffektivität bei gleichzeitig sinkenden Kosten zu den wichtigsten Anforderungen.
Robotik-Anwendungen, deren Arbeitsraum mit am Roboterarm befestigten Kameras visuell erfasst und per Bildverarbeitung ausgewertet werden, erzielen eine höhere Zuverlässigkeit und Genauigkeit. Die kabelgebundene Weiterleitung von Kamerabildern an eine entfernte Auswerteeinheit kann die Beweglichkeit eines Roboterarms jedoch stark einschränken. Die on-camera-Bildverarbeitung mit drahtloser Ergebnisübertragung der IDS-NXT-vegas-WiFi-Plattform ermöglicht eine höhere Einsatzflexibilität bei gleichzeitiger Vereinfachung und Kostensenkung der Infrastruktur des Kabelnetzwerks.
Auch fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind auf eine weitgehend autonome Arbeitsweise angewiesen. Kabelverbindungen zum FTS gibt es nicht. Steuerkommandos in Form von Zahlencodes entlang der Fahrwege oder an Weggabelungen können von einem IDS NXT vegas WiFi direkt optisch ausgewertet und über die drahtlose Kommunikation an eine zentrale Hauptsteuerung der FTS weitergegeben werden. Fehler und Statusmeldungen eines FTS sind von überall empfangbar und zusätzlich steht ein mobiler Servicezugang zur Smart-Kamera zur Verfügung. Während der Entwicklung und Einrichtung der IDS-NXT-Vision-Apps können die drahtlos kommunizierenden WiFi-Geräte auf ein LAN verzichten. Der integrierte WLAN Access Point gestattet mobilen Zugriff auf alle Gerätefunktionen ohne zusätzliche Peripherie aufbauen zu müssen.

Fazit: Mobilität gegen Störanfälligkeit abwägen

Funknetzwerke über WLAN oder Bluetooth-Technologie sind durchaus störanfälliger, weniger stabil oder auch langsamer als LAN. Ihre mobilen Eigenschaften ermöglichen aber Bildverarbeitung an Orten zu betreiben, wo Kabelnetzwerke und Stromanschlüsse nicht verfügbar oder unmöglich sind. Zudem gewinnt der Anwender mehr Komfort in der Einrichtung, Bedienung und Wartung seiner Geräte.

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