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Identsysteme: Was Echtzeit-Funkortungssysteme dem digitalen Zwilling bringen

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Komponenten lokaler Funkortungs­systeme

Funkortungsgeräte, Siemens Bildquelle: © Siemens

Eine typische Anwendung für industrielle Funkortungssysteme ist die Verfolgung von Werkstückträgern und fahrerlosen Transportsystemen auf einem Werksgelände im Innen- wie im Außenbereich.

Ein lokales Funkortungssystem wie zum Beispiel ‚Simatic RTLS‘ von Siemens besteht in der Regel aus einer Infrastruktur, die ortsfest montiert ist, und mobilen Komponenten, die durch die Infrastruktur geortet werden sollen. Für Infrastruktur-Komponenten haben sich Begriffe wie Anker (Anchor), Knoten (Nodes), Basisstation oder Sensor durchgesetzt. Gateways sind bei vielen Systemen Anker mit zusätzlichen IT-Schnittstellen wie beispielsweise Ethernet oder WLAN. Mobile Komponenten heißen zumeist Transponder oder Tag. Transponder gibt es in sehr vielen Bauformen – von sehr kleinen Bauformen bis hin zu Geräten mit Eingabe- und Ausgabemöglichkeiten wie Taster, LEDs und ePaper-Display. 

Messverfahren Time Difference of Arrival (TDOA), Siemens Bildquelle: © Siemens

Beim Messverfahren Time Difference of Arrival (TDOA) sendet nur der Transponder, wodurch sich einige tausend Transponder mit einer Messrate im Sekundenbereich ­lokalisieren lassen.

Die erzielbare Messgenauigkeit in industriellen Fertigungsumgebungen wird maßgeblich durch die zur Ortung verwendeten Signale bestimmt. UWB-Signale (Ultra Wide Band) etwa erreichen eine Genauigkeit von maximal 30 cm. Deutlich schlechter ist die Ortung mit schmalbandigen Kommunikationssignalen wie Bluetooth und WLAN, bei deren Verwendung Fehler im Meter-Bereich auftreten können. Insbesondere in Hallen mit vielen metallischen Oberflächen ist die UWB-Technologie deutlich robuster.

Die zur Ortung ebenfalls erforderliche Datenkommunikation der Transponder und Anker untereinander kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Grob lässt sich zwischen einer klassischen drahtgebundenen oder drahtlosen Netzwerk-Infrastruktur und der Kommunikation über die zur Messung verwendete Drahtlosstrecke unterscheiden. Vor der Entscheidung für ein System gilt es, die Vor- und Nachteile – Kosten, Störanfälligkeit und Echtzeit-Verhalten – gegeneinander abzuwägen; speziell in Anwendungen mit großen Transponder-Populationen ist darauf zu achten, dass die zur Verfügung stehende Kanalkapazität für die Laufzeitmessung nicht unnötig durch die Kommunikation aufgebraucht wird.

Üblicherweise erledigen zentrale Ortungs-Server – beispielsweise ‚Simatic Locating Manager‘ – die Berechnung der Positionen aller Transponder. Bei einigen tausend Objekten und einer hohen ­Messrate ist dies keine leichte Aufgabe, entsprechend mächtig sollte die Hardware sein. Eine redundante Auslegung der Hardware und die Replikation der gemessenen Ortsinformationen in der Software sorgen für einen unterbrechungsfreien Betrieb.