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Unternehmenseigene 5G-Netze in der Prozessindustrie

Bild. metamorworks/Adobe Stock

04.04.2019

Unternehmenseigene 5G-Netze in der Prozessindustrie

Ob es tatsächlich an jeder Milchkanne ein 5G-Netz braucht, darüber lässt sich streiten. Auf den weitläufigen Werksgeländen, wie sie für die Prozessindustrie typisch sind, eröffnet der neue Mobilfunkstandard jedenfalls interessante Möglichkeiten.

Kompakte Produktionslinien in einer Halle, Intralogistik, die sich auf Innenräume beschränkt oder zwischen einer überschaubaren Anzahl von Gebäuden stattfindet. Was in vielen Industriebranchen die Regel ist, stellt in der Chemie­industrie eher die Ausnahme dar. Hier haben einzelne Anlagenteile nicht selten Hallengröße und Werksgelände erstrecken sich über Flächen so groß wie kleine Städte.

Doch egal, ob klein, groß oder ganz groß – die Bedürfnisse sind dieselben: Effiziente Prozesse, ein lückenloses Monitoring und die Möglichkeit, überall und jederzeit steuernd eingreifen zu können.

Werkseigenes 5G für Echtzeit-Kommunikation

Ein leistungsstarkes Funknetz ist die beste Voraussetzung dafür. Umso mehr, wenn es so viele Vorteile wie der neue Mobilfunkstandard 5G verspricht: „Übertragungskapazitäten bis in den Gigabitbereich, sehr geringe Latenzzeiten, sichere und zuverlässige Datenübertragung, hohe Ausfall- und Betriebssicherheit und flexible Bandbreiten für Up- und Download“, zählt Jochen Reinschmidt vom Verband der Elektroindustrie ZVEI die wichtigsten auf, die neben anderem Kommunikation in Echtzeit ermöglichen.

„Viele B2B-Anwendungen – wie etwa die vollautomatisierten Förderfahrzeuge in der Prozessindustrie – sind schon heute auf Echtzeitkommunikation angewiesen. Dieser Trend wird sich in hohem Tempo verstärken“, erwartet er. So verwundert es nicht, dass das Interesse der Industrie an 5G groß ist.

Dazu kommt, dass die Bundesnetzagentur zwischen 3,7- und 3,8-GHz-Lizenzen für lokale Netze vergeben will, die in Eigenregie, also ohne die großen Mobilfunkprovider, betrieben werden können.

Übertragungskapazitäten im Gigabitbereich

An seinem Standort Ludwigshafen unterhält BASF bereits ein solches 4G-Mobilfunknetz im Frequenzbereich 3,6 bis 3,8 GHz. Mit einer Fläche von zehn Quadratkilometern zählt das BASF-Gelände Ludwigshafen zu den großen Chemiestandorten in Deutschland.

Seit Oktober 2018 versieht hier eine Flotte autonomer Tankfahrzeuge ihren Dienst. Die Tankcontainer auf Rädern sehen aus wie Lkw-Aufleger ohne Zugmaschinen und können voll beladen ein Gesamtgewicht von bis zu 75 Tonnen erreichen. Sie verkehren zwischen einem vollautomatischen Tankcontainerlager und Produktionsanlagen.

Stabile Funkverbindung als Voraussetzung

Ein Kernelement für einen sicheren und reibungslosen Betrieb der fahrerlosen Transportsysteme (FTS bzw. AGV für ‚automated guided vehicle‘) ist die Funkverbindung zwischen Fahrzeug und Leitwarte.

„Bei der Vorbereitung des AGV-Projekts hat BASF mit Ausrüstern und Mobilfunkbetreibern gemeinsam nach einer Lösung für den Standort gesucht. Im durchgeführten Ausschreibeverfahren hat sich jedoch gezeigt, dass keiner der großen Mobilfunkbetreiber eine geeignete technische und wirtschaftliche Lösung anbieten konnte“, berichtet Martin Schwibach, Gruppenleiter Connectivity bei BASF.

Individuelle lokale Lösung

Deshalb setzte das Unternehmen eine ‚individuelle lokale Lösung‘ um. „So nutzt BASF die Vorteile des Mobilfunks, verliert technologisch nicht den Anschluss und kann im Wettbewerb weiter vorne mithalten“, erklärt er.

Derzeit sind vier der autonomen Transporter auf dem Werksgelände unterwegs. Noch in diesem Jahr soll sich ihre Anzahl verdoppeln und ein weiterer Ausbau auf 20 Fahrzeuge ist geplant. Der Betrieb aller AGV ist mehrfach abgesichert. So weisen Transponder im Boden zentimetergenau den Weg. Radar und Seitensensorik ermöglichen es, auf unvorhergesehene Hindernisse zu reagieren

Sicherheitsmaßnahmen per Mobilfunk

Sollte es dennoch zu einer Kollision kommen, sorgt ein taktiler Bumper dafür, dass das Fahrzeug sofort stehen bleibt. „Als vierte zusätzliche Sicherheitsmaßnahme werden die Bilder der Fahrt in Echtzeit in eine Messwarte übertragen“, berichtet Schwibach. Genutzt wird dafür das Mobilfunknetz.

„Durch die Echtzeitübertragung ist der Mitarbeiter in der Messwarte in der Lage, die Verkehrssituation wie ein Fahrer in einem Fahrzeug zu beurteilen und kann im Notfall bremsend eingreifen“, erklärt er.

Für die Echtzeitkommunikation von vier Fahrzeugen reicht das 4G-Netz aus. Mit 20 wäre es hoffnungslos überfordert, weshalb auch in Ludwigshafen der Umstieg auf 5G gesetzt ist.

Umstieg auf 5G geplant

„Zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit muss BASF in der Lage sein, maßgeschneiderte, flexible, lokal begrenzte eigene 5G-Netze zur Kommunikation zwischen Maschinen, Systemen und Anlagen an unseren Produktionsstandorten zu betreiben – und zwar unabhängig von den großen Mobilfunkprovidern. Nur so ist gewährleistet, dass wir über den Zeitpunkt des Ausbaus und die Qualität des 5G-Netzes entscheiden sowie Verfügbarkeit, Vertraulichkeit und Integrität unserer Daten wahren können“, betont Schwibach.

„Wann der Umstieg kommen wird, ist jetzt noch nicht abschließend zu sagen und hängt von sehr vielen Faktoren ab“, ergänzt er.

Vernetzung der Produktion mit 5G

Der Einsatz von 5G soll sich jedoch nicht nur auf die Echtzeitüberwachung der AGV beschränken. Das Unternehmen sieht auch erhebliche Potenziale bei der Vernetzung von Produktionsanlagen. Auf dem Werksgelände Ludwigshafen sind derzeit rund 600 000 Sensoren im Einsatz.

„Durch die fortschreitende Digitalisierung könnten es zehnmal so viele werden“, schätzt Schwibach. Die eingesetzten Sensoren dienen bislang überwiegend der Prozessüberwachung und der Steuerung der Anlagen. Für eine erfolgreiche Predictive Maintenance wären zusätzliche Sensoren nötig, die ihre Messergebnisse ebenfalls kommunizieren müssten.

Vorhandene Sensoren wären leistungsfähiger

Gleichzeitig gilt, dass bereits vorhandene Sensoren deutlich mehr Daten liefern könnten, als derzeit abgefragt werden. Die in den Messgeräten in hohem Umfang verfügbaren Zusatzinformationen werden bislang nur in wenigen Spezialanwendungen verwendet, was auch an den begrenzten Übertragungskapazitäten der aktuell zur Verfügung stehenden Funktechnologien liegt.

Setzt sich 5G durch, könnte es hier neue Spielräume eröffnen. „Notwendige Voraussetzung ist, dass auf dem Markt 5G-Komponenten verfügbar sind, die die Sensorhersteller für die Prozessindustrie effizient nutzen können. Sobald dies der Fall ist, kann man damit rechnen, dass es eine dynamische Entwicklung dieses Marktes geben wird“, ist Schwibachs Einschätzung.

Spezifikationen für Industrieanwendungen sind in Arbeit

Für die Entwicklung und Produktion solcher Komponenten braucht es freilich ein solides Fundament: Eine ausreichend große Nachfrage und verbindliche Spezifikationen, die den Besonderheiten industrieller Anwendungen Rechnung tragen. Bislang festgelegt sind die Spezifikationen für mobile Breitbandanwendungen für Endnutzer in ‚Release 15‘ des 5G-Standards. „Die für die Industrie relevanten Anforderungen werden momentan in Release 16 definiert, der bis Ende 2019 abgeschlossen sein soll“, berichtet Reinschmidt vom ZVEI.

Die Anforderungen der Industrie unterscheiden sich zum Teil deutlich von denen im Konsumentenmarkt – etwa in puncto Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit. Die üblichen Geschäftsmodelle vieler Mobilfunkanbieter kommen den Bedürfnissen der Industrie bislang nur unzureichend entgegen. Im Endkunden-Markt beinhalten die gängigen Angebote beispielsweise hohe Download- und niedrige Upload-Bandbreiten. Wollen die Provider Industriekunden gewinnen, müssen sie umdenken.

Autorin: Michaela Neuner

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Autor: Dörte Neitzel

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