Blitzschnelle Übertragung auf der Datenautobahn

Datenlichtschranke erreicht Fast-Ethernet-Level

Pepperl+Fuchs: Zur Kommunikation und Steuerung automatisierter Logistikanlagen verwendet man heute fast ausschließlich Feldbussysteme. Der Einsatz neuerer Ethernet-basierter Netzwerke dagegen ist auf Grund unzureichender Übertragungsmedien häufig problematisch. Mit der neuesten Generation optischer Datenlichtschranken lassen sich diese Herausforderungen jetzt umfassend bewältigen. Die Geräte der Serie LS680-DA von Pepperl+Fuchs beherrschen als erste Datenlichtschranken auf dem Markt die volle Fast-Ethernet-Bandbreite von 100 MBit/s. Durch die protokollfreie Datenübermittlung ist es möglich, neben Standard-TCP/IP alle gängigen Industrial-Ethernet-Dialekte zu übertragen. Typische Einschränkungen, wie z. B. von WLANs in Hochregallagern bekannt, gehören damit der Vergangenheit an. Neben der Verwendung als Kommunikationskanal für Steuerungssysteme öffnen sich auch Türen für weitergehende Anwendungen wie beispielsweise kameragestützte Services, die Video-Streams von IP-Kameras übertragen.

In automatischen Hochregallagern ist der Einsatz von Feldbussen heute Stand der Technik. Die Automatisierungskomponenten auf den schienengebundenen Fahrzeugen, Regalbediengeräten, Verfahrwagen usw. sind dabei direkt über den Feldbus in Steuerungshierarchien eingebunden. Zur Kommunikation mit diesen Einheiten setzt man standardmäßig Datenlichtschranken ein. Die bis dato verwendeten Datenlichtschranken stellen Übertragungsraten bis maximal 3 Mbit/s zur Verfügung. So erfüllen Sie zwar die heutigen Anforderungen an Feldbusse, verfügen aber nicht über signifikante Reserven. Profibussysteme beispielsweise arbeiten in derartigen Applikationen mit einer Datenrate von 1,5 Mbit/s.

Leistungssprung ohne Nebenwirkungen

Lange Zeit schien damit das Ende des technisch Machbaren erreicht zu sein. Zwar hat sich in den vergangenen Jahren durchaus Bedarf für höhere Übertragungsraten aufgetan, jedoch haben die Anbieter bislang keine konkreten Produkte hervorgebracht, die diese Anforderungen erfüllen bzw. ein angemessenes Kosten/Nutzen-Verhältnis bieten. Zu Recht wurde durch den Einzug von Ethernet in die Automatisierungstechnik auf breiter Front der Ruf nach adäquaten Lösungen erneut lauter. Dieser Situation geschuldet, starteten zahlreiche Anwender Versuche mit Funklösungen als Ersatz für die optische Datenübertragung. Auf Grund der besonderen Bedingungen in Hochregallagern sind diese Bemühungen jedoch in Ansätzen stecken geblieben. Als Hauptproblemquelle erweist sich der Stahlbau, der durch seine gitterförmige Struktur die Ausbreitung von Funkwellen nicht gerade begünstigt. Daneben kann die Netzabdeckung in einem solchen Lager je nach Beladungszustand stark variieren. Auch die begrenzte Kanalzahl sowie die Nutzung der Kanäle für andere Kommunikationszwecke lassen die Attraktivität solcher Lösungen deutlich schwinden. Bei der Steuerung solcher teuren, hochdynamischen und unternehmenskritischen Industrieanlagen sind selbst kurze oder temporär auftretende Verbindungsabbrüche ein absolutes Ausschlusskriterium für den Einsatz einer Technologie. So ist die anhaltende Nachfrage nach Lösungen ohne die genannten Nachteile nicht weiter verwunderlich.

Die vorgestellten Geräte der Familie LS680-DA bieten erstmals eine Lösung zur optischen Datenübertragung, die mit keinen der aufgezeigten Nachteile behaftet ist. Die Datenlichtschranken aus dem Hause Pepperl+Fuchs arbeiten mit einer Übertragungsrate von 100 Mbit/s, der vollen Fast-Ethernet-Bandbreite, was ein Vielfaches der bisher typischen 3 Mbit/s darstellt. Dieser revolutionäre Leistungssprung schafft nicht nur die Grundlage für die Erfüllung schon länger präsenter Anwenderwünsche, die aufgrund mangelnder Übertragungsgeschwindigkeit zurückgestellt werden mussten, sondern erlaubt es auch, ganz neue Anwendungsmöglichkeiten anzudenken.

Für beliebige Ethernet-Dialekte geeignet

Durch die protokollfreie Arbeitsweise der LS680-DA sind keine Zusatzmaßnahmen für die Übertragung von TCP/IP-Daten erforderlich. Gleiches gilt für Industrial Ethernet, wobei es keine Rolle spielt, ob man als beispielsweise Profinet, Ethercat oder Ethernet IP verwendet. Mit diesem Ansatz wird endgültig ein Flaschenhals beseitigt und es ist nun ein durchgängiger Einsatz von Industrial Ethernet bis zum Regalbediengerät möglich. Die Anwender sind in Fragen der Auswahl eines geeigneten Netzwerks in keiner Weise limitiert. Die Entscheidung für einen Feldbus oder für Industrial Ethernet dürfen sie ganz von den Erfordernissen der Anwendung abhängig machen. Da sich die Geräte in Bezug auf das Netzwerk transparent verhalten, fällt keinerlei Engineering-Aufwand an.

Die neuen Geräte sind das Ergebnis einer konsequenten Weiterentwicklung der am Markt erfolgreichen Produktfamilie LS610/LS611 und wurden durch die Verwendung neuester Technologien perfekt auf die Zieleinsatzfelder zugeschnitten. In der Praxis bewährte Features wie die werkzeuglose Klickspanntechnik, der Anschluss über M12-Steckeranschlüsse sowie die Ausrichtung mittels einer weit sichtbaren LED wurden beibehalten. Die protokollfreie Übertragung hat auch den vorteilhaften Nebeneffekt, dass nur eine universelle Gerätevariante erforderlich ist und so eine unnötige Variantenvielfalt im Bestellwesen, der Lagerhaltung und Ersatzteilbeschaffung vermieden wird. Zum Aufbau einer Übertragungsstrecke benötigt man je ein Gerät des Typs /F1 und ein Gerät des Typs /F2. Die spezifizierte Grenzreichweite beträgt 180 m. Die Betriebsreichweite liegt bei 150 m. Bis zu dieser Entfernung ist jederzeit eine ausreichende Funktionsreserve vorhanden. Die Datenlichtschranken funktionieren selbstverständlich ab einer Reichweite von 0 mm, Übersteuerungen bzw. Telegrammverluste sind dabei nicht zu befürchten.

Vom Plug-and-Play-Anschluss bis zur automatischen Ausrichthilfe

Die LS680-DA ist für echten „Plug-and-play“ Einsatz konzipiert, d. h. man muss die Geräte weder zur Inbetriebnahme öffnen noch sind irgendwelche Parametereinstellungen notwendig. Dies ist auch der Grund dafür, dass die Geräte ohne jegliche Bedienelemente auskommen. Für den elektrischen Anschluss stehen M12-Steckverbinder zur Verfügung. Die Betriebsspannung wird über einen „herkömmlichen“ A-codierten M12-Stecker zugeführt. Als Ethernet-Anschluss findet ein D-codierter M12-Stecker Verwendung. Diese Anschlusstechnik stellt gleichzeitig sicher, dass die Schutzart IP65 des Gesamtgerätes erhalten bleibt.

Die Geräte arbeiten mit rotem und infrarotem Licht der Laserklasse 1M, die Schädigungen des menschlichen Auges ausschließt. Das Betrachten der Laserquelle mit einer vergrößernden Optik ist allerdings nicht zulässig. In der Gerätefront befindet sich eine spezielle, besonders weit sichtbare Ausricht-LED, die eine zügige und bequeme Ausrichtung der beiden korrespondierenden Geräte erlaubt. Sobald der Empfänger das Sendelicht des gegenüberliegenden Gerätes empfängt, reduziert sich die Blinkfrequenz der Ausrichthilfe. Durch Verlöschen wird schließlich signalisiert, dass die Geräte optimal zueinander ausgerichtet sind und eine ausreichende Funktionsreserve zur Verfügung steht. Für die Feinjustage sind die Geräte zusätzlich mit einer Bargraph-Anzeige versehen, die eine einfache Einstellung auf das Optimum ermöglicht.

Synergieeffekte nutzen

Durch den großen und scharf abgegrenzten Lichtfleck mit einem Durchmesser von 1,5 m bei einer Reichweite von 100 m gleicht das System Erschütterungen des Fahrzeuges durch Schienenunebenheiten oder Lastwechselvorgänge mühelos aus. Dies ist vor allen Dingen bei Anlagenmodernisierungen vorteilhaft. Als Zubehör steht ein komfortabler Haltewinkel zur Verfügung, der es erlaubt, das Gerät in zwei Achsen mechanisch zu justieren. In der gleichen Art und Weise funktioniert eine erhältliche 90°-Umlenkeinheit, die insbesondere bei vertikaler Datenübertragung sinnvoll einsetzbar ist.

Im genannten Einsatzbereich braucht man meistens gleichzeitig eine entsprechende Lösung zum Positionieren von drahtlos angebundenen Regalbediengeräten. Hier empfiehlt sich die Kombination der Datenlichtschranken LS680-DA mit den Entfernungsmessgeräten der Serie VDM100 desselben Herstellers. Da nicht nur das Zubehör für beide Geräte identisch ist, sondern auch ein einheitliches Montage- und Ausrichtkonzept umgesetzt wurde, gibt es bei der Handhabung, Installation, Ausrichtung und Inbetriebnahme beider Systeme wertvolle Synergieeffekte. Die beiden Systeme lassen sich direkt nebeneinander betreiben, ohne dass es zu gegenseitigen Beeinflussungen kommt.

Zukunftsvisionen

Das Hauptanwendungsfeld der schnellen Datenlichtschranken liegt in der Ethernet-basierten Kommunikation mit Regalbediengeräten und vergleichbaren Fahrzeugen. Daneben ist die LS680-DA aber auch prädestiniert zur einfachen Realisierung neuartiger Lösungen. Ein vordringliches Anliegen bei den heutigen Verfügbarkeitsanforderungen an ein Hochregallager ist beispielsweise die zeitminimierte Beseitigung etwaiger Störungen. Dies ist vor allem bei großen Anlagen nicht immer einfach, da Störungen durchaus in großen Höhen auftreten können. Um qualifizierte Aussagen über Störungsursachen sowie das weitere Vorgehen zu treffen, muss in den meisten Fällen eine entsprechend gesicherte Person auf das Regalbediengerät hinaufklettern. Als Alternative für einfachere Lösungen bieten sich geeignete Kameras an, wie man sie vielfach in der Überwachungstechnik verwendet. Allerdings fehlte auch hier bisher das richtige Übertragungsmedium. Da Video-Streams trotz der heute verfügbaren Komprimierungsstandards wie MPEG hohe Bandbreiten benötigen, hieß die einzige Option für diese Anwendung bisher stets WLAN. Mit der optischen 100-MBit-Datenübertragung steht nun für diesen Einsatzfall eine wesentlich komfortablere Lösung zur Verfügung. So lassen sich IP-Kameras auch direkt an die Datenlichtschranken anschließen, während man den Live-Stream zentral von einem Leitstand aus oder remote, z. B. beim Anlagenhersteller, verfolgt. Dazu ist lediglich ein PC mit installiertem Web-Browser erforderlich. Kommt eine Kamera mit Aktorik-Komponenten zum Einsatz, kann man sie sogar vom Browser aus schwenken oder z. B. in das Bild zoomen. Die Anzahl parallel betriebener Kamerasysteme unterliegt keinen Beschränkungen hinsichtlich der Datenübertragung. Unabhängig von der Entfernung stehen immer die vollen 100 Mbit/s zur Verfügung, so dass eine problemlose Übertragung mehrerer Streams in HD-Qualität über dieselbe Strecke möglich ist. Auf dieser Basis sind zahlreiche weitere Einsatzszenarien denkbar, dazu gehören etwa die Dokumentation des Regal-Beladungszustandes oder sonstige Inspektionsvorgänge.