VDI-Fachkonferenz zum Thema „5G in der Automation“
Nachberichterstattung von Thomas Schildknecht, CEO Schildknecht AG
Die VDI-Fachkonferenz „5G in der Automation“ fand Anfang Juli parallel zum Kongress „Automation 2019“ in Baden-Baden statt. Über 2 Tage und mittels 17 Vorträgen tauschen sich Experten zum aktuellen Stand und den Zukunftsaspekten von 5G aus.
Verfügbarkeit 5G
Ein wichtiger Themenblock für die Automatisierer befasste sich mit den technischen Einzelheiten der Parameter der Dienste uRLLC (ultra-Reliable Low-Latency-Communication) und mMTC (massive-MachineType-Communication) sowie der Möglichkeit, separate „Campusnetze“ aufzubauen. Zu ihrer großen Enttäuschung mussten die daran interessierten Endanwender dabei zur Kenntnis nehmen, dass diese Services erst mit dem im Jahr 2020 erwarteten Release 16 definiert werden. Erst danach können die Basisband-Hersteller mit der finalen Spezifikation der zugehörigen Chips beginnen! Und bis dann erste integrationsfähige OEM-Module auf den Markt kommen, werden nochmals ca. 2-3 Jahre vergehen. Die Konsequenz: 5G Lösungen für Automatisierungsgeräte wer-den wohl erst in ca. 2023 verfügbar sein!
Was wir unter Automatisierer unter „Latenz“ verstehen
Ein weiteres Thema waren grundsätzliche Missverständnisse zwischen Mobilfunktechnologieanbietern einerseits und Automatisierern bzw. Endkunden aus der Fabrikautomation andererseits zum Thema „Latenz“. Dieser Begriff wird von den Mobilfunkprovidern und Netzausrüstern verwendet, um die Übertragungszeit eines Datenpaketes über 5G in Campusnetzen mit 1ms als angestrebtem Zielwert zu beschreiben. Für Automatisierer hat dieser gleiche Begriff – im Zusammenhang mit Feldbusübertragungen z.B. über Profinet und/oder künftig über TSN – jedoch eine andere Bedeu-tung, was zu erheblichen Missverständnissen führt! Denn in der Feldbustechnik wird „Latenz“ als Begriff für die Feldbusaktualisierungszeit verwendet! In kabelgebundenen Echtzeitanwendungen darf dieser Wert (Jitter) bei synchronisierten Antrieben nur wenige Mikrosekunden (!) betragen; er liegt bei 5G jedoch heute bei einigen 100 Mikrosekunden! Der Frequenzbereich, der von Campusnetzen benutzt werden kann, soll das TDD-Prinzip verwendeen (eine Art Halbduplex-Zeitslot-Verfahren). Für niedrige angestrebte Latenzzeiten ist eine Halbduplex Datenverbindung aber kontraproduktiv. Die Automatisierer kennen das Problem noch von Profibus, der auch Halbduplex ar-beitete. Im Gegensatz dazu kam der Nachfolger Profinet, wo gleichzeitig gesendet und empfangen werden kann, also Vollduplex. TDD dürfte zur Folge haben, dass die Latenzzeit noch um einige Größenordnungen über den Zielvorgaben liegen wird.
5G ToDo’s
Zur vollständigen Erreichung der 5G Parameter müssen noch weitere Technologien wie Beamforming, MIMI-Antennen oder Millimeterwellen entwickelt werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Zu erwarten ist daher, dass die wirkliche und benötigte (!) Leistungsfähigkeit von 5G erst in einigen Jahren voll realisiert und einsatzfähig sein wird! Aufgabe der Automatisierer bis dahin wird es sein, diejenigen Anwendungsfälle zu identifizieren, für welche 5G bereits ab Release 15 ausreichende Leistungsfähigkeit anbietet und damit eine geeignete Technologie darstellt.
Private 5G Netze: Campusnetze
Die Möglichkeit zum Aufbau von Campusnetzen wird ab September 2019 – auf Antrag bei der Bundesnetzagentur – möglich sein. Die Politik hat hier eine mutige Entscheidung für die Industrie getroffen: 100MHz-Bandbreite im 3,7 – 3,8GHz Band wurden für industrielle Anwendungen reserviert und bei der Lizenz-Versteigerung nicht den Mobilfunkprovidern angeboten! Damit können Betriebe auf ihrem Firmengelände eine eigene Basisstation mit z.B. 4G LTE- oder 5G-Technologie errichten und betreiben und für ihre industriellen Prozesse verwenden: Beispielsweise für eine Art „Super WLAN“ zur IIoT- und AGV-Vernetzung von mobilen und autonomen Förderfahrzeugen. Die technologische Herausforderung wird dann sein, ob man auch sicherheitskritische Signale wie Not-Halt über ein Campusnetz zuverlässig übertragen können wird. Profisafe über Profinet oder TSN werden hier geeignete Feldbustechnologien sein. Erste Versuche dazu laufen auf einem 4G Campusnetz in der RWTH Aachen im Rahmen des 5GANG Forschungsprojektes. Die Schildknecht AG hat an einer Ericsson Basisstation erfolgreich Profisafe über Profinet getunnelt und in einem Vortrag darüber berichtet.
Der parallel ablaufende Kongress „Automation 2019“ bot – wegen der genau abgestimmten Vortragszeiten – eine gute Gelegenheit zu weiteren Informationen und Fachgesprächen und während der gemeinsamen Abendveranstaltung auch zu persönlichen Kontakten.
