Unterbrechungstolerante Anbindung von Produktionsmaschinen an ein drahtloses Sensornetzwerk

Einleitung

Im industriellen Umfeld werden unterschiedlichste Maschinen für zahlreiche Zwecke eingesetzt. Mit wachsenden Maschinenparks und steigender Komplexität ist es für die Betreiber nötig, Instandhaltungsdaten (bspw. Status- und Fehlercodes) regelmäßig abzufragen und zu überwachen. Während neuere Fabriken zumindest teilweise bereits über eine Anbindung an ein Kommunikationsnetz verfügen, ist in älteren, kleineren oder „gewachsenen“ Maschinenparks meist keine Anbindung an eine (zentrale) Kommunikationsinfrastruktur vorgesehen.

Um dennoch Maschinendaten bereitstellen zu können, bietet sich die drahtlose Anbindung einzelner Maschinen an ein unterbrechungstolerantes drahtloses Sensornetz an. Die Idee ist dabei, dass ein drahtloser Sensorknoten, der an bestehenden Maschinen (über vorhandene Schnittstellen) angeschlossen wird, die relevanten Daten über eine Funkschnittstelle bereitstellt. Es wird jedoch – im Gegensatz zu bspw. einem Infrastruktur-WLAN – kein explizites und dauerhaft verbundenes drahtloses Netzwerk aufgebaut, sondern lediglich die Kommunikationsfähigkeit hergestellt.

Im Falle einer Funkverbindung zu einem weiteren Knoten, können diese Daten dann übermittelt, bzw. ausgetauscht, gespeichert und dargestellt werden. So kann z.B. ein Mensch oder ein Roboter, der sich an den Maschinen entlangbewegt, die Instandhaltungsdaten „einsammeln“ und zu einem zentralen Ort transportieren, wo sie visualisiert oder weiterverarbeitet werden.

Der am Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund entwickelte Sensorknoten INGA soll dabei ebenso wie das unterbrechungstolerante Kommunikationsprotokoll µDTN zum Einsatz kommen. Auf Seiten des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik sollte zumindest eine vorhandene Maschine angebunden werden.

Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Arbeit ist zunächst eine Verbindung zwischen INGA-Sensorknoten und einer Maschine aus dem Maschinenpark des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik herzustellen, die es ermöglicht, reale Statusdaten über eine vorhandene Schnittstelle auszulesen. Dabei kann gerne auf vorhandene Arbeiten in diesem Bereich zurückgegriffen werden. Bei der Implementierung ist darauf zu achten, dass diese möglichst generisch erfolgt und so eine einfache Erweiterung auf andere Maschinen gegeben ist. Zusätzliche Maschinen sollten in dem Netzwerk emuliert werden können, indem bspw. weitere Sensorknoten zufällige oder zuvor gespeicherte Daten „wiedergeben“.

Diese (realen und „virtuellen“) Maschinendaten sollten dann in einem zu wählenden Format zunächst auf den einzelnen INGA-Sensorknoten gespeichert werden und dort dann mithilfe des (evtl. anzupassenden) µDTN-Protokolls zur Verfügung gestellt werden.

Ein weiterer Sensorknoten mit demselben Kommunikationsprotokoll soll dann als sogenannter „Data-Mule“ die Daten einsammeln und zu einer Senke transportieren, auf der die Daten dann abgelegt und gegebenenfalls visualisiert werden sollen. Als Senke kann beispielsweise ein Standard-PC mit IEEE 802.15.4-Schnittstelle dienen, oder aber ein Mobiltelefon, welches z.B. per Bluetooth angebunden wird, was eine Visualisierung „im Feld“ ermöglichen würde.

In einer abschließenden Evaluation sind die Funktionalität und die Performance der Implementierung zu zeigen.