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„Luft“ Das dickste Kabel der Welt Wireless vom Sensor(Aktor) zur ERP-Anwendung „Wissen Alle was Sie tun?“ Überblick „Luft“

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Präsentation zum Thema: "„Luft“ Das dickste Kabel der Welt Wireless vom Sensor(Aktor) zur ERP-Anwendung „Wissen Alle was Sie tun?“ Überblick „Luft“"—  Präsentation transkript:

1 „Luft“ Das dickste Kabel der Welt Wireless vom Sensor(Aktor) zur ERP-Anwendung „Wissen Alle was Sie tun?“ Überblick „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? Wilhelm Uhlenberg RFID

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

3 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

4 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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)

5 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

6 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

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

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

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

10 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

11 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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?

12 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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.

13 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

14 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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!

15 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

16 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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.

17 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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)

18 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

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

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

21 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

22 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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.

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

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

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

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

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

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

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

30 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

31 - FG Elektronik & EDV, Essen, den Bewusstseinbildung Meist nicht bedacht 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! Wissen Schützen Nutzen Priorisierung für militärische Radaranwendungen vorbehalten, Zwangsfreigabe einmal in 24h für 1 Minute

32 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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

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

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

35 - FG Elektronik & EDV, Essen, den 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 muenster.de Getting the Most out of MIMO: Boosting Wireless LAN Performance with Full Compatibility Bill Lane, License-Exempt Wireless Applications for Public Safety Deutsche Wikipedia ung/Allgemeinzuteilungen_9u.htmlhttp://www.bundesnetzagentur.de/enid/227a9709f30521aecd84dcd82186c71e,0/Frequenzordn ung/Allgemeinzuteilungen_9u.html Frequenzzuteilung über die Bundesnetzagentur nanoNet kommunikation/baugruppen-systeme/bluetooth-zigbee-und-nanonet-friedlich- miteinander/3/#c46609 (auch Stör-Messungen im industriellen Umfeld)http://www.elektroniknet.de/home/kommunikation/fachwissen/uebersicht/drahtlose- kommunikation/baugruppen-systeme/bluetooth-zigbee-und-nanonet-friedlich- miteinander/3/#c46609 Wollert, J.F.: Workshop Wireless – Ein Überblick kabelloser Systeme. VDI-Fortschrittberichte, Wireless Technologies Congress 2006, Dortmund, Germany, October, 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, Forschungsgemeinschaft Funk e.V. Elektrosmog-Infos woelfle.de/elektrosmog/e_smog_6.htmhttp://www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/redir.htm?http://www.ralf- woelfle.de/elektrosmog/e_smog_6.htm


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