IWLAN mit PROFINET im Hochregallager

IWLAN mit PROFINET in einem
Hochregallager mit Kommissionierung:
Funkfeldplanung und Kostenbetrachtung
www.siemens.de/profinet
Zusammenfassung
Die drahtlose Kommunikation bietet viele Vorteile gegenüber drahtgebundenen
Lösungen. Bei der technischen Umsetzung gibt es einige Aspekte zu berücksichtigen. Dazu gehört die Planung der optimalen Infrastruktur: Lassen sich Funklöcher tatsächlich zuverlässig eliminieren? Lässt sich ein Funkfeld ohne grossen
Aufwand optimal planen und ausleuchten?
Dieser Fachbeitrag beantwortet diese Fragen anhand einer typischen Aufgabenstellung in einem Hochregallager mit Regalbediengeräten. Die Inhalte im Einzelnen:
•
Aufgabenstellung und Automatisierungsarchitektur
•
Konfiguration von Drahtlosnetzwerken mit SINEMA E
•
Kostenbetrachtung
•
Fazit
IWLAN mit PROFINET
IWLAN mit PROFINET in einem Hochregallager
mit Kommissionierung
Aufgabenstellung und Automatisierungsarchitektur
Im Folgenden betrachten wir einen typischen Anwendungsbereich für drahtlose
Kommunikation im industriellen Umfeld. Ein bestehendes Logistik-Center mit drahtgebundener Kommunikation sollte auf IWLAN mit PROFINET umgerüstet werden. Die
neue Lösung sollte sich durch höhere Performance und verbesserte Diagnoseoptionen
auszeichnen und die Möglichkeit bieten, Sicherheitssysteme sowie stationäre und mobile Teilnehmer flexibel und zukunftssicher einzubinden. In unserem Beispiel handelt
es sich um ein Hochregallager mit neun Regalbediengeräten (RBG) und 16 schienengeführten Verteilerwagen im Kommissionierbereich. Abbildung 1 zeigt eine typische
Konfiguration inklusive der Einbindung der Sicherheitstechnik über Safety Integrated.
Abbildung 1:
Typische Automatisierungsarchitektur für ein Regalbediengerät mit IWLAN und PROFINET
Wände
Fahrwege
Hochregale
3 Access Points
Regalbediengerät 9
Regalbediengerät 1
fehlersichere
Steuerung
fehlersichere
Steuerung
PROFIsafe
Access Point
Access Point
PROFIsafe PROFIBUS
PROFIBUS
Antrieb
Peripherie
Antrieb
Peripherie
Motoren
02
fehlersichere
Peripherie
fehlersichere
Peripherie
Motoren
Vorteile auf einen Blick
Die IWLAN-Lösung mit PROFINET bietet für ein Hochregallager
eine Fülle von Vorteilen:
Höhere Performance dank höherer Datenrate
Mehr Flexibilität und Anlagenverfügbarkeit
Deutliche Kosteneinsparungen – bei der Installation und im Betrieb
Erhöhte Sicherheit im Betrieb
Safety-Anwendungen mit PROFINET über ein einziges Medium
möglich, auch drahtlos
Durchgängigkeit mit Ethernet: einfache Anbindung
an die Steuerungs- und Unternehmensleitebene
Zukunftssichere Lösung
Schnelle Installation und Inbetriebnahme dank zuverlässiger
Hardwarekomponenten für die Drahtloskommunikation
Guter Support dank weitverbreiteter Technologie
So gehört mit dem Wegfall von bewegten Leitungen auch die Gefahr eines Kabelbruchs der Vergangenheit an. Das Risiko eines unvorhergesehenen Ausfalls wird so
minimiert, die Verfügbarkeit deutlich erhöht. Hierzu tragen auch die umfassenden
Diagnosemöglichkeiten bei, die PROFINET bietet. Mit ihnen lassen sich eventuelle
Schwachstellen im System oft schon erkennen, bevor ein Schaden entsteht. Die leistungsfähige Diagnostik über PROFINET ermöglicht eine rasche Fehlersuche und
-behebung und garantiert eine hohe Systemverfügbarkeit.
Weiterhin ist die Einbindung bestehender Systeme einfach: Feldbusse wie PROFIBUS
lassen sich problemlos an PROFINET anbinden. Damit schafft IWLAN mit PROFINET
ein durchgängiges Netzwerk – sowohl für drahtlose als auch für drahtgebundene
Kommunikation. Dies beschleunigt die Inbetriebnahme erheblich. Auch eine lückenlose Anbindung an die MES-Ebene ist möglich, was gerade im Logistikbereich von
grosser Bedeutung für das Supply Chain Management ist.
Ein weiterer Mehrwert: fehlersichere und Standard-Kommunikation laufen parallel
über ein und dasselbe System, zum Beispiel über das PROFIsafe Profil bei PROFINET.
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IWLAN mit PROFINET
Nicht zuletzt zeichnet sich die IWLAN-Lösung mit PROFINET durch eine deutlich
höhere Datenrate aus als konventionelle drahtlose Übertragungsmedien wie
Schleifleiter oder proprietärer Funk. Das spiegelt sich in einer entsprechend höheren
Systemperformance wider. Die ist insbesondere für Aufgaben in Systemen mit mehreren Teilnehmern und hohem Datenaufkommen wichtig, wie sie gerade in der Logistik
typisch sind. Hier werden nicht nur die Daten der mobilen Systeme an eine zentrale
Steuerung übertragen. So müssen gegebenenfalls Ein- und Auslagerungsvorgänge
innerhalb der Anlage kontinuierlich per Video überwacht werden. Dazu sind Kameras
auf einem Regalbediengerät platziert, deren Informationen ebenfalls übertragen werden müssen. Die resultierenden hohen Datenmengen könnten nicht über eine Lösung
mit Datenlichtschranke oder Schleifleiter übertragen werden.
IWLAN mit PROFINET ermöglicht es hingegen, mehrere Applikationen parallel zu bedienen. Insgesamt trägt die drahtlose Kommunikation über IWLAN mit PROFINET zu
einer deutlichen Verbesserung der operativen Performance bei. In einer typischen Anwendung konnte durch eine entsprechende Modernisierung eines Sortierprozesses,
flankiert von einer Modernisierung der Automatisierungstechnik, in einem Logistiklager die Produktivität um mehr als 30 Prozent gesteigert und die Fehlerquote in der Anlage auf ein absolutes Minimum reduziert werden. Insgesamt konnte der Betreiber des
Lagers so seine Logistikkapazität erheblich ausbauen, ohne dass ein neues Gebäude
gebaut oder das bestehende Gebäude erweitert werden musste.
Konfiguration von Drahtlosnetzwerken mit SINEMA E
Eine technische Fragestellung, die spezifisch für drahtlose Kommunikation ist, ist die
zuverlässige Anbindung der mobilen Systeme an das Funknetz. Insbesondere dürfen
sich verschiedenen Funkfelder nicht gegenseitig stören. Eine entsprechende Funkfeldplanung stellt sicher, dass die mobilen Systeme immer eine ausreichende Signalstärke
zur Kommunikation zur Verfügung haben, sodass eine maximale Übertragungsrate
möglich ist. Weiterhin stellt die Funkfeldplanung sicher, das keine Interferenzen zwischen verschiedenen Funkfeldern auftreten. Zudem wird der Investitionsbedarf optimiert, da exakt die benötigte Zahl an Routern und die beste Platzierung der Access
Points ermittelt werden kann.
Die Funknetzplanung ist dank einfach zu bedienender und leistungsfähiger Tools wie
SINEMA E von Siemens ohne Spezialwissen durchzuführen. SINEMA E ermöglicht die
systematische, strukturierte Planung, Konfiguration und Inbetriebnahme von Funknetzen. Dazu nutzt das Tool vorhandene Pläne (aus Fertigung, Produktion oder Anwendung), die sich per Mausklick aus einem Katalog um alle Elemente ergänzen lassen,
die das Funkfeld beeinflussen – z. B. Access Points und Clients oder typische Hindernisse, wie Wände und Maschinenumgebungen. Der Anwender kann mit SINEMA E
entweder das Funkfeld vor Ort online messen oder aber eine offline-Messung durchführen, bei der die Signalstärken simuliert werden.
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Abbildung 2:
Mit SINEMA E lässt sich die
Reichweite und die Signalstärke
der eingesetzten IWLAN-AccessPoints simulieren. Mehr Informationen zu SINEMA E erhalten
Sie von Ihrem regionalen
Siemens Ansprechpartner. Über
ihn können Sie auch eine kostenlose 14-Tage-Lizenz für das Softwaretool anfordern.
Die Simulationsfunktion stellt die Reichweite der Funksignale, die Dämpfung und
sogar Interferenzen von Access Points dar (Abbildung 2). Dabei lässt sich auf einen Blick
erkennen, ob etwa eine unbefugte Person noch ausserhalb der Anwendung Signale
empfangen könnte oder wo sich Signale über Etagengrenzen hinweg durch Kanalüberlappung stören. Die Ausleuchtung der Applikation durch Änderung von räumlicher Anordnung, Funkparametern, Antennentyp und Richtwirkung optimiert das Funkfeld. Das
Ergebnis der Planung lässt sich in jeder Phase mit Hilfe der integrierten Reportfunktion
dokumentieren und archivieren. Dieser Bericht dient dann dem Planer als Basis für die
Kostenermittlung, dem Installateur für den Geräteeinbau und dem Auftragnehmer am
Ende der Inbetriebnahme zur Abnahme für den Garantie- und Servicefall. Wie präzise
die Ergebnisse der Simulation ausfallen, veranschaulicht Abbildung 3.
Abbildung 3:
Funkfeldsimulation mit
SINEMA E. Die Ergebnisse
der Simulation mit SINEMA E
werden visualisiert und mit
den Messungen vor Ort verglichen. Der Vergleich zeigt
nur geringe, positive Abweichungen.
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IWLAN mit PROFINET
SINEMA E ist auch ein Werkzeug zur Konfiguration von Access Points und Clients.
Hierbei sind die wichtigsten Parameter offline einstellbar und werden im jeweiligen
Projekt gespeichert. Dabei lassen sich mehrere Geräte zu so genannten Profilen zusammenfassen, um beispielsweise Sicherheitseinstellungen schnell und konsistent
vorzunehmen. Die Einsparung unnötiger Komponenten sowie die flexible Planung
und Konfiguration des Wireless-Netzwerks über den gesamten Lebenszyklus der
Anlage sichert eine zuverlässige Netzqualität und hilft, unnötige Kosten einzusparen.
Anwender können eine SINEMA E Demo-CD kostenlos über ihren Siemens Ansprechpartner anfordern.
Kostenbetrachtung
Für die Kostenbetrachtung in Tabelle 1 legen wir neun Regalbediengeräte mit Datenlichtschranke zugrunde, das alternativ mit einer IWLAN Lösung auf Basis von PROFINET und integrierter Sicherheitstechnik mit PROFIsafe ausgerüstet wird. Schon beim
anfänglichen Invest liegt die drahtlose Lösung erheblich kostengünstiger. So wird hier
unmittelbar ein positiver Return on Investment erzielt. Hinzu kommen in den Folgejahren die Einsparungen bei Wartung und Instandhaltung. Die genannten Zahlen sind
typisch für ein Regalbediengerät. Die genauen Einsparmöglichkeiten für andere konkrete Anwendungen können sich jedoch von denen der Beispiellösung unterscheiden
und müssen daher individuell berechnet werden.
Tabelle 1:
Vergleich der Total Cost of Ownership für eine Applikation mit 9 Regalbediengeräten:
herkömmliche Lösung mit Datenlichtschranken vs. drahtlose Lösung auf Basis von
IWLAN mit PROFINET.
Investitionskosten für eine herkömmliche kabelgebundene Lösung
Materialkosten und Installationsaufwand ca.
Wartungsaufwand pro Jahr ca.
Gesamtkosten ca.
139.644 €
8.100 €
147.744 €
Investitionskosten für eine IWLAN Lösung mit PROFINET
Materialkosten und Installationsaufwand ca.
Wartungsaufwand pro Jahr ca.
Gesamtkosten ca.
154.575 €
entfällt
154.575 €
Einsparungspotential durch IWLAN Lösung
im ersten Jahr ca.
jedes weitere Jahr ca.
Einsparung nach 3 Jahren ca.
06
- 6.831 €
8.100 €
17.469 €
Fazit
Das tatsächliche Einsparpotenzial durch eine drahtlose Kommunikationslösung setzt sich zusammen aus Einsparungen beim
eigentlichen Investment und operativen Vorteilen im Anlagenbetrieb. Im Hinblick auf die Investitionskosten kann in vielen
Fällen schon beim Erstinvest eine Einsparung erzielt werden.
Insbesondere über den gesamten Lebenszyklus betrachtet ergeben sich weitere, deutliche Kostenvorteile durch den Wegfall
der Kosten für die Instandhaltung der drahtlosen Kommunikationslösung.
Die Vorteile auf der operativen Ebene liegen insbesondere in einer höheren Verfügbarkeit der Anlage. Dies bedeutet, dass die
Kapazität der installierten Technik besser genutzt wird, da ein
Stillstand durch Kabelbruch nicht mehr vorkommt. Dadurch
arbeitet die Funklösung zuverlässiger. Die operativen Verbesserungen lassen sich jedoch nur im Einzelfall konkret beziffern.
Die Informationen in dieser Broschüre enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen
bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der
beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte
ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn
sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden.
Alle Erzeugnisbezeichnungen können Marken oder Erzeugnisnamen der Siemens AG
oder anderer, zuliefernder Unternehmen sein, deren Benutzung durch Dritte für deren
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