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Präsentation zum Thema: "- FG Elektronik & EDV, Essen, den"—  Präsentation transkript:

1 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 3.10.2008 -
Wireless vom Sensor zu ERP „Luft“ Das dickste Kabel der Welt Wireless vom Sensor(Aktor) zur ERP-Anwendung „Wissen Alle was Sie tun?“ Überblick §>WU<§ Was wird eine große informationstechnische Herausforderung der nächsten Jahre? RFID Wilhelm Uhlenberg

2 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 3.10.2008 -
Wireless vom Sensor zu ERP Agenda, Labyrinth Ablauftechnisches, Fahrplan Einführung ins Thema Motivation. Aspekte. Ausprägungen, Neuralgische Zonen Problembewusstsein Beispiele im industriellen Umfeld Problemzonen Fazit, Anregungen, Fragen und Quellenverweise §>WU<§ - FG Elektronik & EDV, Essen , den

3 Was bestimmt die Vorstellung?
Ein Hut, ein Spazierstock, ein paar riesige, ausgelatschte Schuhe und ein künstlicher Schnurrbart - mehr als diese Requisiten braucht man nicht. Jeder weiß, wer gemeint ist: Charlie Chaplin ( ) als Kunstfigur des Tramps. Eine Vorstellung entsteht EM-Wellen, Strahlung können Menschen nur im akustischen und optischen Bereich detektieren (weniger als 1‰ des gesamten Spektrums) Deshalb ist die Einschätzung des Machbaren, Notwendigen und Erträglichen nur mit glaubhaften „Übersetzern“ (Messgeräte oder Sachverständige, Erfahrungen anderer) möglich. Manchmal haben Funkwellen auch eine religiöse Komponente - FG Elektronik & EDV, Essen , den

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Drahtlos oder Ziellos? Erster Knallfunksender (Morseübertragung) um 1899 über den Ärmelkanal Italiener Marconi (1909 NP) Gleich der erste große Nachteil führte nach 1920 zum Verbot dieser Sender: Störung anderer Empfänger durch „Breitband-Gewitter“ Durch Frequenzbandaufteilung und Bandbreitenbegrenzung sowie Modulationsverfahren wurde die Kooperation im gemeinsamen Ausbreitungsmedium „Luft“ festgelegt. Löschfunksender von 1906 (Telefunken) - FG Elektronik & EDV, Essen , den

5 Aspekte der thematischen Beleuchtung
Funktechnisch (Begriffe, Grundlagen) Datentechnisch (Vorverarbeitung, Erfassung) Informationstechnisch (Bewertung, Auswertung) Sicherheitstechnisch (Nutzungsgrenzen) Versorgungstechnisch (Energy-Harvesting) Wartungstechnisch (Inventory, Selbstdiagnose) Applikationstechnisch (einige Anwendungsfälle) Gesellschaftspolitisch (?) RFID und Global Tracking - FG Elektronik & EDV, Essen , den

6 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 3.10.2008 -
Wireless vom Sensor zu ERP Interferenzen, Beugung, Streuung, Reflektion Effekte, die nicht jeder richtig einordnet Schmuckattribut: Übertragungsmedium unterliegt keinem Verschleiß (Luft nutzt nicht ab) Antennen, Frequenzbereiche, Felder ISM Band (Industrial, Scientific, Medical, billig und gut?) Elektrosmog? ( ) Alles durchs gleiche „Kabel“ Umfeld Störungen Sicherheit - FG Elektronik & EDV, Essen , den

7 Ein „Kabel“ zigtausend Nutzer
ITU Frequenzplan und das EM-Frequenzspektrum Quelle: - FG Elektronik & EDV, Essen , den

8 Funktechnische Fakten
Wer ist mit auf meinem „Kabel“ Quelle: Bericht zu WiMAX der Breitband Initiative Bayern - FG Elektronik & EDV, Essen , den

9 Starke Funken? Arbeitsplatzschutz?
Quelle: Bericht zu WiMAX der Breitband Initiative Bayern Arbeitsplatzschutz? - FG Elektronik & EDV, Essen , den

10 Datentechnischer Aspekt
Wie wird das Datum übertragen? Auf den Zusammenhang, den Zeitpunkt und die Erfassungsquellen bzw. Ausführungseinheit kommt es an. Feldbussysteme oft anders als diskrete Sensoren oder Recorder (Systeme mit Gedächtnis) Sind meine Daten für andere interessant? Datenplausibilität muss im Austausch sichergestellt sein? Datenausfall muss konzeptionell mit abgedeckt sein. Wertverläufe, Tendenzen müssen anonym für den Entstehungsort bleiben, besser unerkannt funktechnisch ausgetauscht werden. Verschlüsselung - FG Elektronik & EDV, Essen , den

11 Informationstechnischer Aspekt
Wie wird aus dem Datum eine Information? Auf den Zusammenhang, den Zeitpunkt und die Erfassungsquellen bzw. Ausführungseinheit kommt es an. Feldbussysteme oft anders als diskrete Sensoren oder Recorder (Systeme mit Gedächtnis) Ist es besser Daten oder Informationen zu schützen? Soll mein Mitwettbewerb meinen verfahrenstechnischen Vorteil erlernen können? Mithören sollte immer tolerierbar sein Diagnosehilfsmittel müssen mitgeplant werden Informationen müssen entweder unkritisch (trivial) sein oder unerkannt funktechnisch ausgetauscht werden. Verschlüsselung Wie sieht die Festplatte aus? - FG Elektronik & EDV, Essen , den

12 Sicherheit für Mensch und Anlage
Wer fühlt sich bei einem drahtlosen „Not-Aus“ „Not-Halt“ oder „Stop“ immer wohl? Kann ein Druck- kessel noch über Funk geregelt werden? ERP verfahrens- technisch unkrit. - FG Elektronik & EDV, Essen , den

13 Sicherheitstechnische Aspekte
Der Zugriff kann nicht immer gesichert werden  FAKT! Der Informationsabfluss muss aber trotz „Datenverlust“ vermieden werden Einsatz von Nebelkerzen (honey pots) ist in sensiblen Bereichen der Industrie von Nutzen Scheinbar entlarvende Daten können helfen Zusätzlich erhöht es den Lerneffekt Kann man aus „nackten“ Messwerten lernen? z.B Pavillion8 (Powered by SAP NetWeaver), Modellanalyse - FG Elektronik & EDV, Essen , den

14 Überlebenswichtige Inform. – Wireless?
Problem: Shared Medium, Broadcast (ein „Kabel“ für Alles) räumlich nicht exakt begrenzbar Schutzziele: Vertraulichkeit: Schutz gegen unbefugtes Mitlesen der Daten Integrität: Schutz gegen unbemerktes Modifizieren oder wiederholtes Zusenden der selben Daten. Authentizität: Schutz der Echtheit von Daten (Quelle bekannt?) Verfügbarkeit: Schutz vor Überlastung, Störung und Sabotage Es gibt keine immer richtige Empfehlung für jeden! - FG Elektronik & EDV, Essen , den

15 - FG Elektronik & EDV, Essen , den 3.10.2008 -
Triebfedern Was sind Vorteile für den industriellen Nutzer Mobilität Flexibilität Bei richtiger Planung, geringe Kosten Zuverlässigkeit/Sicherheit im Nahbereich (< ~5m) Leichte Installation Verfügbarkeit Orte besser und verschleißfrei erreichbar, die zuvor gar nicht oder nur aufwendig zu überwachen waren (rotierende Ausrüstung, fliegende Objekte usw.) Potential Zusatznutzen zur bestehenden Infrastruktur hinzuzufügen - FG Elektronik & EDV, Essen , den

16 - FG Elektronik & EDV, Essen , den 3.10.2008 -
Payoffs Was möchte der industrielle Nutzer vermeiden Zusätzliche Komplexität Bei großen Mengengerüsten (Messfelder, -farmen) in Werken hohe Kosten Neue, bisher unbekannte Sicherheitsaspekte Eventuelle Störanfälligkeit bzw. Nebeneffekte Zus. Stromversorgung bei hoher Portabilität Nicht wirklich garantierte Zuverlässigkeit Risiken für klassische Echtzeit-Regelaufgaben. Unwissen und wenig Erfahrung des Servicepersonals bei der Fehlersuche oder Optimierung. Eingeschränkte Infrastruktur bei manchen industriellen Umgebungen. - FG Elektronik & EDV, Essen , den

17 Noch mal, Sicherheit Level 1+2
Man sollte an der Quelle beginnen Trusted Wireless (FHSS-Verfahren) Bluetooth mit unbekannten FHC (frequency hopping codes) und Teilnehmer Authentifizierung Richt-, Bündelfunkstrecken Module mit adaptiver Sendeleistung Wireless I/O, dezidierte Brückenmodule/Umsetzer WL-Ethernet, Profinet, RS 232, RS 422, RS 485, Interbus, Hart, FF, ProfiSafe, ProfiBus, CANopen, DeviceNet,… WPA2 L3, Radius-Server (noch nicht weit verbreitet) - FG Elektronik & EDV, Essen , den

18 Versorgungstechnische Aspekte
Macht Wireless noch Sinn, wenn ohnehin Versorgungsleitungen erforderlich sind? Wenn keine Leitungen notwendig sind, wo kommt die Energie zum Senden/Empfangen/Auswerten her? Ansätze: „Energy Harvesting“, „TE-Power-Bolt“ (M24), Ladetechnik aus Rotation, Smart Dust, RFID Wie oft muss ich die Batterien wechseln? Anhaltspunkt: (Pulsmesser CR 2032) 200 mAh über 3 Jahre  ~ 7,5 µA ø (Sendeleistung 1mW?) ZigBee-Sensoren, Standby Strom 1 µA - FG Elektronik & EDV, Essen , den

19 Versorgung aller Komponenten
DUST Chips ~5 mm*3 ~160 8 MHz - FG Elektronik & EDV, Essen , den

20 Versorgung und Entfernung
Unter Wartungsaspekten eine Herausforderung - FG Elektronik & EDV, Essen , den

21 Wartungstechnische Aspekte
Kann auch ein Anwendungsschwerpunkt sein Wartungshilfsmittel Auslastungs-/Belastungs-Aufzeichnung Nutzungsintensität, Verschmutzungsgrad Inventurdaten-, Wartungszyklus-Abgleich (wann letztes Mal) Berührungslose Erfassung spart evt. Vorsichtsmaßnahmen Was muss ich wann und wie oft kontrollieren? Infrastruktur & Qualität: Kontinuierlich! Betriebsstunden, Laufzeiten, Schalthäufigkeit: Schwellenbezogen (vorbeugend) Störungen: Ereignisbezogen - FG Elektronik & EDV, Essen , den

22 Anwendungstechnik „Der Nutzen“
Nützt es mehr oder schadet es? Kontrolliere ICH MEINE Infrastruktur ERP Informationen bilden oft das Rückgrat ERP Verbindungen lassen strategische Bewertungen zu Man weiß, wann ich wovon, wie viel, weshalb und mit Hilfe von Was gemacht habe und was ich dafür will bzw. dafür eingesetzt habe. - FG Elektronik & EDV, Essen , den

23 Beispiel 1 (Anwendungen)
Offshore Erdgas - FG Elektronik & EDV, Essen , den

24 Beispiel 2 (Anwendungen)
Verhüttung - FG Elektronik & EDV, Essen , den

25 Beispiel 3 (Anwendungen)
Medizintechnik - FG Elektronik & EDV, Essen , den

26 Beispiel 4 (Anwendungen)
Retail, Warehouse - FG Elektronik & EDV, Essen , den

27 Beispiel 5 (Anwendungen)
Gebäude- Automation - FG Elektronik & EDV, Essen , den

28 Beispiel 6 (Anwendungen)
Process Control - FG Elektronik & EDV, Essen , den

29 Beispiel 7 “Dust Network”
Wireless Sensor Networking Significant reduction in the cost of installing sensor networks Enables new class of services Increases sensor deployment Physical World - FG Elektronik & EDV, Essen , den

30 Gesellschaftspolitische Aspekte
Das ist vordergründig nichts für den Sachverständigen, spielt aber als Motivation oft eine Rolle RFID Verbreitung und Nutzung in Kombination Tagged cats, weapons and humans(?) Handy-Ortung Ladungsverfolgung, auch Verfolgung gestohlener Fahrzeuge Toll-Collect, Video-Surveillance Nano-Controller Starke Akzeptanzschwankungen je nach Blickwinkel: ob Nutznießer oder Benutzter - FG Elektronik & EDV, Essen , den

31 Bewusstseinbildung Wissen Meist nicht bedacht Nutzen Schützen
Datenbestände und Zustände sind oft mehrfach autonom gepuffert und deren Lebensdauer oder Gültigkeit ist nicht immer erkennbar. Klassische Informationsverarbeitungsverfahren müssen den Störzustand erkennen können und richtig darauf reagieren können. Datenkollision bei alternativen Wegen und Laufzeiten. Topologische Notwendigkeiten Transaktionssicherung bis in das Stellglied (Aktor) Beispiel: Safety und 5 GHz Band WLAN = unmöglich! Nutzen Priorisierung für militärische Radaranwendungen vorbehalten, Zwangsfreigabe einmal in 24h für 1 Minute Schützen - FG Elektronik & EDV, Essen , den

32 Industrielle Problemzonen
Induktionsöfen Funkenerosionsverfahren Degausser Schweißroboter (zum Teil) Teile in der Galvanik MTR und CT Sonden HF-Sende-Keule oder Absorptionszellen Umfeld ionisierender Strahlung Unterwasseranwendungen mit hohen Datenraten Mischung vieler untersch. Funkübertragungsverfahren orts- und zeitgleich - FG Elektronik & EDV, Essen , den

33 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 3.10.2008 -
Wireless vom Sensor zu ERP F a z i t Die meisten industriell genutzten Datenfunktechniken sind technisch gut und sicher anwendbar Mancher tatsächlicher Anwendungsfall lässt Zweifel an der richtigen Auswahl zum passenden Umfeld aufkommen. (-- Sicherheitskreise und RealTime-Control --) Informationsabfluss wird unterschätzt - Mit der räumlichen sowie geistigen Distanz zu Problemen nimmt der Enthusiasmus zur Fehleinschätzung zu - Vortragsauszug erhältlich auf -Anfrage:

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Danke für Ihre Zeit! Anregungen Fragen Kritik Klarstellung - FG Elektronik & EDV, Essen , den

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Referenzen / Quellen EM-Felder BGV Seminar (Völkert 2008) Wireless Monitoring Technology, From Smart Dust to Reliable Networks, Kris Pister Prof. EECS, UC Berkeley Elektronik Wireless Mai Sensor-Netzwerke Grundlagen Funk-LAN (IEEE a/b/g und i), Andre Forsmann, Zentrum für Informationsverarbeitung, Westfälische Wilhelms-Universität Münster Getting the Most out of MIMO: Boosting Wireless LAN Performance with Full Compatibility Bill Lane, License-Exempt Wireless Applications for Public Safety Deutsche Wikipedia Frequenzzuteilung über die Bundesnetzagentur nanoNet (auch Stör-Messungen im industriellen Umfeld) Wollert, J.F.: Workshop Wireless – Ein Überblick kabelloser Systeme. VDI-Fortschrittberichte, Wireless Technologies Congress 2006, Dortmund, Germany, October, 2006. Wollert, J.F.: Wireless in industriellen Anwendungen. Elektronik Scout 2007, WEKA Verlag GmbH, ISSN , Dezember 2006, Seite 40 ff. Vedral, A.; Wollert, J.F.: Langzeitstatistische Untersuchungen zur Qualität von Funkkanälen für das industrielle Umfeld. VDI-Fortschrittberichte, Wireless Technologies Congress 2006, Dortmund, Germany, October, 2006. Forschungsgemeinschaft Funk e.V. Elektrosmog-Infos - FG Elektronik & EDV, Essen , den