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Industrie 4.0: Datenübertragung per Licht

Digitalisierung
Industrie 4.0 mit Datenübertragung übers Licht

Smart Factory OWL Fraunhofer IOSB Industrie 4.0 Datenübertragung
Forscher des Fraunhofer IOSB-INA testen die Datenübertragung per Licht unter realen Bedingungen in der Smart Factory OWL in Lemgo (Bild: © Fraunhofer IOSB-INA)
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Die herkömmliche Funkkommunikation im Produktionsumfeld im Dienste von Industrie 4.0 ist problematisch, da WLAN und Bluetooth nur eine begrenzte Bandbreite bieten. Forscher arbeiten daher daran, dass künftig Maschinen in der Industrie über Lichtimpulse miteinander kommunizieren.

Fahrerlose Transportsysteme, Förderbänder, Motoren, Roboter, Sensoren, Drohnen, Monitoringsysteme, mobile Endgeräte, unterschiedlichste Maschinen und Anlagen – sie alle kommunizieren im Produktionsumfeld miteinander und tauschen Daten aus. Doch WLAN und Bluetooth bieten nur eine begrenzte Bandbreite. Zwar wird die 5G-Technologie dieses Problem vermindern, die Herausforderungen der Kommunikation im Produktionsumfeld lassen sich jedoch lizenzfrei und effektiver meistern – dieser Ansicht sind die Forscher am Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo, Institutsteil für industrielle Automation des Fraunhofer Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB.

Inhaltsverzeichnis

1. Bedingungen für VLC im Bereich Industrie 4.0
2. Lichtreflektionen stören die Datenübertragung
3. Keine Chance für Datendiebe

Sie gehen einen anderen Weg und wählen das sichtbare Spektrum des Lichts für die drahtlose Datenübertragung. Visible Light Communication nennen Experten die Technologie. „Das Lichtspektrum ist etwa 4000-mal größer als das gesamte verfügbare Funkspektrum, es reicht von 380 bis zu 800 Nanometern Wellenlänge“, sagt Daniel Schneider, Wissenschaftler am Fraunhofer IOSB-INA. Gemeinsam mit seinen Kollegen und der Technischen Hochschule OWL arbeitet er daran, VLC in die Industrie zu übertragen.

Bedingungen für VLC im Bereich Industrie 4.0

In Büro-, Heim- und Laborumgebungen wird VLC bereits eingesetzt. In Fabrikhallen sind die Hürden für die Kommunikationstechnologie aufgrund der besonderen Störfaktoren jedoch hoch, beziehungsweise noch nicht ausreichend erforscht. Daniel Schneider berichtet: „Künstliche Lichtquellen, Abschattungen und Reflektionen können die Datenübertragung per Licht beeinflussen. Inwiefern, in welchen Bereichen und Höhen sie das tun, haben wir in Zusammenarbeit mit fünf Unternehmen aus der Industrie im Rahmen einer Messkampagne untersucht.“ Im Fokus der Messkampagne standen dabei insgesamt drei Einflussgrößen: Umgebungslichtquellen, Partikel und Umgebungsreflektionen. Letztere bezeichnen die Experten auch als Mehrwegeausbreitung.

Lichtreflektionen stören die Datenübertragung

Die Tests ergaben, dass weder Staubpartikel noch Personen und Fahrzeuge, die sich mit 0,2 m/s langsam bewegen, die Qualität des Signals beeinträchtigen. Die Mehrwegeausbreitung und Umgebungslichtquellen hingegen beeinflussen das Signal.

Insgesamt zehn Modelle haben die Projektpartner identifiziert, auf deren Lichtverhältnisse VLC-Systeme reagieren: Dazu gehören Schweißprozesse und Leuchtstoffröhren, aber auch optische Tracking-Systeme. Sie treten jedoch nur lokal auf und nicht ortsübergreifend. Basierend auf den quantitativen Messergebnissen entwickeln Schneider und sein Team nun umgebungsadaptive VLC-Systeme für den industriellen Einsatz.

Keine Chance für Datendiebe

„Wenn wir unser VLC-System auf Basis unserer Messkampagne optimal ausgelegt haben, sind wir in der Lage, an einem Standort über 1000 Geräte energiesparend, abhörsicher und unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Einflüssen zu betreiben“, resümiert der Forscher aus Lemgo.

Die erforderliche Hardware soll sich neben der Deckenbeleuchtung, auf einen Internetzugang sowie einen Transceiver beschränken, der an das Endgerät angeschlossen wird. Der vorliegende Demonstrator wird in der Lemgoer Smart Factory OWL derzeit unter realen Bedingungen getestet. Bereits Mitte 2021 sollen sowohl Groß- als auch mittelständische Unternehmen von dem fertigen System profitieren.

Kontakt:
Fraunhofer IOSB
Fraunhoferstraße 1
76131 Karlsruhe
Tel.: +49 (0)721 6091–0
Website: www.iosb.fraunhofer.de
Website: www.smartfactory-owl.de

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