Wireless Automation - Schnittmenge oder Teilmengen?

Seit 1999 ist die industrielle Funkkommunikation Thema in der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik (GMA). Experten der Automatisierungstechnik und der Nachrichtentechnik diskutieren im Fachausschuss "Funkgestützte Kommunikation" über Einsatzfälle und Lösungen industrieller Funkkommunikation. In regelmäßigen Zyklen wird die Begrenztheit der dafür zur Verfügung stehenden Ressource bewusst. Mobile Anwendungen, die Steuerung beweglicher Maschinen  und Anlagenteile oder die Vermeidung von Installationsaufwand für die Kommunikationsinfrastruktur - die Anforderungen können nicht immer im gewünschten Umfang realisiert werden. Solange das Medium mit anderen Anwendungen geteilt wird, kann mit technischen Lösungen allein die erforderliche Dienstgüte nicht dauerhaft gesichert werden. Dann wird schnell die Forderung nach einem Frequenzspektrum laut, in dem die Funkkommunikation entsprechend den Anforderungen der industriellen Automation erfolgen kann.

So geschwind wie die Forderung nach Frequenzspektrum formuliert wird, so geschwind wird das Ansinnen auch verworfen. Entgegen des allgemeinen Trends sich verkürzender Innovationszyklen und steigender Flexibilität ist der Prozess der Zuteilung von Frequenzspektrum langwierig und aufwendig. Diese Aufwendungen scheinen in keinem Verhältnis zum Kerngeschäft der Automatisierungstechnik zu stehen. Dennoch ist die Möglichkeit adäquater Spektrumsnutzung regelmäßig Thema in der Automatisierungstechnik.

Allerdings hat es etwa 10 Jahre gedauert, bis Vertreter der Automatisierungsindustrie mit der Erarbeitung eines "System Requirement Documents (SRDoc)" (ETSI TR 102 889‑2) die Anforderungen an ein Frequenzspektrum formuliert haben. Trotz erheblicher Aufwendungen die daraufhin in die europäische Normung und Regulierung investiert wurden ist das Ergebnis für Automatisierungslösungen ernüchternd (EN 303 258). Die typischen Nutzer von Frequenzspektrum sind nicht interessiert zugeteilte Ressourcen zur Verfügung zu stellen. Außerdem besteht das Interesse, durch entsprechende Funklösungen einen möglichst breiten Markt zu erschließen, in dem das Spektrum, nach Verfügbarkeit, gleichverteilt genutzt werden kann.

Dieses Prinzip ist allerdings für Anwendungen der industriellen Automation ungeeignet. Hierfür muss das Kommunikationsnetzwerk mit konstanter, erforderlicher bzw. zugesicherter Güte zur Verfügung stehen. Die Anforderungen wiederum sind sehr weit gefächert. Die periodische Kommunikation zur Steuerung einer Verpackungsmaschine erfordert wesentlich geringere Toleranzen als die Information des Personals über erforderliche Nachführung von Material an eine Maschine. Abweichungen des Zeitverhaltens oder der Qualität der Kommunikation einer Krananlage, aufgrund erhöhter Mediumnutzung, wird aus sicherheitsgründen zum Stillstand führen. Das wird der Anwender auf Dauer nicht dulden.

Was also ist zu tun, wenn die Automatisierungsindustrie nicht den langwierigen Weg zum adäquaten Funkspektrum gehen und die Telekommunikationsindustrie die Anforderungen der Automatisierungstechnik nicht erfüllen kann?

Es kann nicht überraschen, dass die Lösung "Kommunikation" lautet. Ein Workshop im Mai vergangenen Jahres hat offenbart, wie wichtig der Austausch von Informationen ist. Die Erfordernisse, Regeln und Vorgehensweisen der jeweils anderen Branche sind nicht ausreichend bekannt. Die Konzepte, Kategorien und Modelle unterscheiden sich bedeutend, wobei gleiche Terminologie verschieden verwendet oder die Bedeutung spezieller Fachbegriffe nicht oder falsch gedeutet wird.

Der wissenschaftlich technische Austausch wird beispielsweise in den Forschungsprojekten des Förderprogramm IKT-2020 "Zuverlässige, drahtlose Kommunikation in der Industrie (ZDKI)" gepflegt (www.industrialradio.de). Die Begleitforschung zu diesem Förderprogramm (BZKI) bearbeitet projektübergreifende Themen, wie die methodische Anforderungsanalyse und die Klassifizierung der Anforderungen in Profilen. Die Ergebnisse sind im Bericht "Anforderungsprofile im ZDKI" zusammengefasst.

Ein anderer, branchenübergreifender Aspekt ist die Bewertung der Zuverlässigkeit von Kommunikationsnetzen. Der Bericht "Aspekte der Zuverlässigkeitsbewertung in ZDKI" verdeutlicht die unterschiedlichen Sichtweisen auf dieses Thema. Es wird aber auch ein Vorschlag aufgezeigt, der nutzbar ist, Anforderungen und die dazugehörenden Bedingungen zu formulieren. Dieser Vorschlag berücksichtigt ebenfalls die Möglichkeit, die erforderliche Dienstgüte zuzusichern.

Es ist bemerkenswert, dass die aktuellen Entwicklungen in der Industrieautomation und in der Telekommunikation aktuell die technischen Grundlagen für eine engere Kooperation schaffen. Sie heißen Digitalisierung bzw. Virtualisierung realer Anlagen und Prozesse sowie Maßnahmen für erhöhte Flexibilität. In diesem Zuge sollte es möglich sein, gemeinsame technische Lösungen zu schaffen.

Der wirtschaftliche Erfolg künftiger industrieller Funklösungen erfordert die Einsicht, dass der Markt der industriellen Automation nur gemeinsam erschlossen werden kann. Diese Einsicht scheint zu wachsen. Ausgehend von einer Initiative des ZVEI Lenkungskreises Industrielle Kommunikation wird geprüft wie 5G Technologien genutzt werden können. Technische und organisatorische Anforderungen werden formuliert und in 3GPP, dem Gremium für die Spezifikation von 5G Technologien, eingespeist. So kann die Telekommunikation Synergien mit anderen Anwendungsbereichen suchen, um ein möglichst breit anwendbare Funklösungen anbieten zu können.

Über die technischen Anforderungen hinaus muss aber auch nach wie vor der regulatorische Aspekt der Nutzung des Frequenzspektrums verfolgt werden. Die genannten Besonderheiten der industrielle Automation, wie hohe, verbindlich zugesicherte Dienstgüte und priorisierbare Nutzung des Mediums, sind zu berücksichtigen. Die Automatisierungsindustrie ist gefordert diesen langfristigen Prozess zu unterstützen. Gemeinsam mit der Telekommunikationsindustrie besteht die Möglichkeit die Mediumnutzung auch lokal begrenzt (in einem Unternehmen oder einer Produktionsanlage) zuzuweisen.

Hier ist dann schließlich auch der Anwender zu berücksichtigen. Denn ein solcher Lösungsansatz wird nicht ohne finanzielle Beteiligungen möglich sein. Diese Aspekte werden allerdings gegenwärtig nicht öffentlich erörtert. Das sorgt für Unsicherheit bei potenziellen industriellen Anwendern bzw. bei der Automatisierungsindustrie. Deshalb besteht dringender Diskussionsbedarf. Die technischen Lösungen werden darunter leiden, wenn unklar bleibt, wie getätigte Investitionen in technische Lösungen, aber auch in notwendige organisatorische und regulatorische Vorbereitungen, sich auszahlen können.

Finden Automatisierungsindustrie und Telekommunikationsindustrie eine Schnittmenge "Industrielle Funkkommunikation" oder beanspruchen beide dieses Feld als Teilmenge der eigenen Marktsegmentes? Nach meiner Meinung entscheidet die Antwort auf diese Frage über den Markterfolg der Technologie und den wirtschaftlichen Erfolg der daran beteiligten Unternehmen. 

Autor des Artikels

Dr.-Ing. Lutz Rauchhaupt, Deputy Head of Department ICT and Automation, Senior Engineer Wireless in Automation

ifak - Institut für Automation und Kommunikation e.V. Magdeburg
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