In vielen großen Produktionsbetrieben hat die Digitalisierung Einzug gehalten und spielt ihre Vorteile bei der Überwachung von Anlagen (Condition Monitoring) und Arbeitsprozessen zugunsten der Anwender deutlich aus. Beim Betrieb von Maschinen, Anlagen und ganzen Produktionslinien werden kognitive Sensoren angebunden und optimierte Kommunikationssysteme benötigt. Die Anforderungen sind unter anderem Echtzeitfähigkeit, Zuverlässigkeit, lange Laufzeiten, Robustheit, Reichweite und Flexibilität. Diese Verbesserungen sollen nun auch in die Produktionshallen von Mittelständlern Einzug erhalten. Das Fraunhofer IIS stellt Technologien für kognitive IoT-Sensorik auf der electronica 2018 vom 13. bis 16. November in Halle C5/426 vor, um Anwender beim digitalen Wandel zu unterstützen.

Robuste, weitreichende LPWAN-Kommunikation

Die MIOTY^®-Technologie kann bei der Digitalisierung von Industriebetrieben die Kommunikation der Sensordaten robust und über große Distanzen übernehmen. So können z. B. drohende Störungen oder Ausfälle von Maschinen frühzeitig erkannt, die Korrosion und Leckage von Rohrleitungen überwacht oder Klimaanlagen energieeffizienter gesteuert werden. Die vom Fraunhofer IIS entwickelte standardisierte Technologie für Low Power Wide Area Network (LPWAN)Technologie setzt neue Maßstäbe im Bereich der drahtlosen Datenübertragung, dank seiner niedrigen Kosten für den Nutzer, der Reichweite von mehreren Kilometern, seiner Übertragungssicherheit und der langen Batterielebensdauer bis zu 20 Jahre. Die Lösung dazu ist das asymmetrische Übertragungsverfahren mit sehr vielen Sensorknoten und nur einem Empfänger.

Unbegrenzte Betriebszeit von kognitiven Sensoren mit Energy Harvesting

Mit den Energy Harvesting Technologien können Sensoren zur Erkennung von Verschleiß oder Schädigungen an Maschinen autark mit Energie versorgt werden. Besonders an schwer erreichbaren Stellen oder bei einer häufigen Erfassung von Daten bietet das BlueTEG vom Fraunhofer IIS enorme Vorteile gegenüber herkömmlichen Energieversorgungen mit Batterien. Dieser nutzt kleinste Temperaturunterschiede oder Vibrationen zur Erzeugung elektrischer Energie. Mit einer permanenten Zustandsüberwachung kann die Lebens- und Betriebsdauer von Anlagen verlängert und kostspielige Produktionsausfälle vermeiden werden. Durch den Einsatz von einer autarken Energiequelle wird dies ohne größere Installations- und Wartungsaufwände erreicht.

Schnelle Reaktionsfähigkeit von kognitiven Ultra-Low-Power-Funkknoten

Viele IoT-Anwendungen, wie z. B. Fernwartung und Fernsteuerung, elektronische Etiketten und intelligente Beleuchtung, erfordern eine schnelle Reaktionsfähigkeit bei niedrigem Energieverbrauch und minimalen Kosten. Die RFicient^®-Technologie ist die integrierte Lösung für einen kontinuierlichen Funkempfang bei wartungsarmem Betrieb. Der Receiver RFicient^®Basic stellt dabei die Standard-Konfiguration dar, welche mit nur 2,5 µA arbeitet und erstmals den gleichzeitigen Empfang auf den drei Frequenzbändern 433 MHz, 868/915 MHz, 2,4 GHz erlaubt. Der für spezifische industrielle Anwendungsbereiche entwickelte RFicient^®­Scan ist ein neuartiger Funksensor zum kontinuierlichen Monitoring in den oben genannten Funkspektren.

Echtzeitfähige Datenübertragung: Schnell und zuverlässig

Bei der Umfelderkennung und Materialprüfung von Produktionsmaschinen fallen große Videodatenmengen an, die schnell an die verarbeitenden Systeme übertragen werden müssen, damit auf Fehler sofort reagiert werden kann. Das Fraunhofer IIS hat für die schnelle drahtgebundene Übertragung hoher Datenraten Hochgeschwindigkeits-ICs entwickelt. Mit dem neuen High Speed-Link können Datenraten von 13 Gbit/s über ein einfaches Kupferkabel von 15 Meter Länge in Echtzeit übertragen werden. Der Elektronikbaustein eignet sich besonders für hochbitratige Datenströme mit Echtzeitanforderungen in IoT-Systemen.

Zuverlässigkeitsbewertung von Elektronik und Zustandsüberwachung

In vielen IoT-Anwendungen sind elektronische Systeme unterschiedlichsten Belastungen ausgesetzt. Im industriellen Umfeld beeinflussen zum Beispiel extreme Temperaturunterschiede, Druck und Verschmutzungen ihre Ausfallsicherheit sowie Lebensdauer. Vor allem für sicherheitskritische Anwendungen werden deshalb eine Selbstüberwachung der Elektronik sowie Mechanismen zur Ausfallprävention immer wichtiger. Durch die Monitoring- und Prognoseverfahren des Fraunhofer IIS/EAS wird es möglich, die Restlebensdauer von elektronischen Systemen zuverlässig vorherzusagen und durch Detektionsverfahren noch vor einem Ausfall einzugreifen.

Fehlerfreie Datenübertragung trotz Interferenzen

Drahtlose Kommunikationssysteme müssen zunehmend in der Lage sein, auftretende Koexistenz- und Interferenzprobleme zu meistern, die durch die immer stärkere Nutzung des verfügbaren Frequenzspektrums entstehen. Die am Fraunhofer IIS entwickelten digital abstimmbaren Hochfrequenzfilter selektieren zuverlässig das benötigte Frequenzspektrum, während sie die Signale außerhalb des gewählten Bereichs unterdrücken. Zudem können die Filtermodule im laufenden Betrieb rekonfiguriert werden, wodurch ein verzögerungsfreier Frequenzwechsel ermöglicht wird. Die damit erzielte Flexibilität von Sende- und Empfangsgeräten optimiert die Datenkommunikation im industriellen Umfeld.

Weitere Informationen zu den ausgestellten Fraunhofer IIS-Technologien: www.iis.fraunhofer.de/electronica2018