Im Bergbau, in der Stahlproduktion oder beim Containerumschlag werden Maschinen unter extremen Bedingungen eingesetzt. Staub, Hitze, Vibrationen und große Entfernungen zwischen den Einsatzorten prägen den Alltag – beispielsweise bei Kranen. Eine Private 5G-Lösung von Siemens Digital Industries bietet eine stabile, latenzarme Datenübertragung für die Fernsteuerung von Kranen und anderen Maschinen in rauen Umgebungen.
Die Herausforderung: Verzögerungsfreie Fernsteuerung von Maschinen unter schwierigen Einsatzbedingungen
Der Betrieb von Industrie- und Baukranen stellt besondere Anforderungen. Kranführer arbeiten häufig in großer Höhe und müssen ständig auf Lasten blicken. Ihre Arbeit ist körperlich anstrengend, und eine hohe Konzentration ist notwendig. Fehler können schwerwiegende Folgen haben, bis zum Stillstand des Betriebs. Eine weitere Herausforderung: Häufig müssen die Kranführer lange Wege zu ihrem Arbeitsplatz überwinden, etwa in Häfen oder in der Schwerindustrie. Dadurch wird es schwierig, das Personal flexibel einzusetzen. Auch die Einstellung neuer Fachkräfte ist nicht immer möglich.
Eine pragmatische Lösung ist die Fernsteuerung von Kranen, die aber zuverlässig und in Echtzeit geschehen muss. Dabei werden große Datenmengen übertragen. Generell ist in der Industrie der Uplink entscheidend, da die Hauptmenge der Daten aus dem Feld in eine Plattform oder Software übertragen wird, etwa Videodaten aus mehreren Kameraperspektiven. Ein Kranführer benötigt diese Daten in hoher Qualität und ohne Verzögerung. Gleichzeitig müssen alle Steuerbefehle sofort präzise umgesetzt werden. Bereits geringe Verzögerungen können zu Problemen führen oder die Sicherheit gefährden.
Viele Funktechnologien stoßen hier schnell an ihre Grenzen. So sind beispielsweise die öffentlichen Mobilfunknetze nicht auf industrielle Anforderungen ausgelegt. Sie priorisieren hohe Bandbreiten für viele Nutzer, bieten jedoch keine garantierten Reaktionszeiten. Zudem kann es an den Rändern von Funkzellen zu starken Schwankungen bei Stabilität und Datenrate kommen. Eine weitere potenzielle Alternative ist WLAN. Doch es arbeitet in lizenzfreien Frequenzbereichen und ist dadurch anfällig für Störungen durch andere Geräte auf derselben Frequenz. Dies kann in industriellen Umgebungen zu nicht akzeptablen Verbindungsabbrüchen führen.
Herausforderungen im Überblick
- •Extreme Umweltbedingungen wie Hitze und Staub
- •Hohe Anforderungen an Latenz und Zuverlässigkeit
- •Ungeeignete öffentliche Netze und störanfälliges WLAN
- •Große Distanzen und eingeschränkte Personalflexibilität
Die Lösung: Private 5G-Netze bieten eine stabile Kommunikationsbasis
Private 5G-Netze erfüllen industrielle Anforderungen besonders gut. Sie werden lokal auf einem Betriebsgelände aufgebaut, nutzen ein exklusives Frequenzspektrum und sind deshalb vollständig vom öffentlichen Netz getrennt. Dadurch entsteht ein kontrolliertes Umfeld mit hoher Zuverlässigkeit.
Siemens Digital Industries bietet für industrielle Anforderungen eine Private Industrial 5G-Komplettlösung, die speziell für die OT entwickelt wurde und sich durch eine sehr einfache Implementierung und Bedienung auszeichnet. Der Innovationsführer in der Automatisierung und Digitalisierung begleitet Kunden aus der Industrie bei ihrer digitalen Transformation und bietet End-to-End-Lösungen mit Technologien wie Industrial IoT und 5G.
Aufbau des privaten 5G-Netzes
Die Lösung von Siemens für Kommunikation in anspruchsvollen und gefährlichen Umgebungen basiert auf „Private Industrial 5G“, einem geschlossenen System mit lokaler Infrastruktur. Es besteht aus den folgenden Komponenten:
- Zentraler 5G-Core zur Verwaltung des gesamten Datenverkehrs
- Radio Access Network (RAN) für die Funkübertragung
- Radio Units, die das Signal über das Gelände verteilen
Die Krane sind mit 5G-Routern ausgestattet, die als Schnittstelle zum Netzwerk dienen. Das System von Siemens arbeitet vollständig vor Ort und verzichtet bewusst auf Cloud-Anbindungen. Dadurch bleiben die Latenzen konstant niedrig. Diese Eigenschaft ist entscheidend für eine Anwendung, bei der Steuerbefehle in Echtzeit umgesetzt werden. Die Reaktionszeiten sind vorhersehbar und erfüllen industrielle Anforderungen an eine deterministische Verbindung mit garantierten Latenzen und ohne Schwankungen in der Laufzeit der Daten („Jitter“).
Fernsteuerung und Priorisierung von Datenströmen
Bei der Fernsteuerung von Kranen in einem Stahlwerk oder Hafen sitzt der Bediener in einem Kontrollraum an einem Steuerpult mit mehreren Monitoren. Kameras liefern Live-Bilder aus verschiedenen Perspektiven, so dass ein vollständiges Bild des Arbeitsbereichs entsteht. Die Steuerbefehle werden ebenfalls über Private Industrial 5G an den Kran übertragen.
Die Priorisierung der Daten spielt dabei eine wichtige Rolle. Steuerungsdaten erhalten höchste Priorität. Sie müssen jederzeit zuverlässig übertragen werden. Videodaten werden mit geringerer Priorität behandelt, da kleine Verzögerungen hier weniger kritisch sind. Dabei wird das Verhältnis von Upload- und Download-Daten angepasst. Die Lösung ermöglicht zudem die gleichzeitige Nutzung mehrerer Anwendungen. Verschiedene Prozesse können parallel auf demselben Netzwerk laufen, ohne sich gegenseitig zu stören. Damit können die Betreiber beispielsweise mehrere Krane gleichzeitig fernsteuern.
Die Lösung ermöglicht die Abdeckung von industriellen Anlagen (Campus) mit wenigen Funkzellen. Innerhalb dieses Bereichs bleibt die Verbindung stabil. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Siemens-Lösung ist die Integration industrieller Kommunikationsprotokolle wie PROFINET und PROFIsafe. Sie können über das 5G-Netz übertragen werden und ermöglichen damit auch sicherheitskritische Anwendungen. Das erweitert den Einsatzbereich erheblich und ermöglicht eine Integration in bestehende Automatisierungssysteme.
Das Ergebnis: Höhere Sicherheit und Effizienz durch Private 5G
Insgesamt bietet die Private-5G-Lösung von Siemens eine Architektur, die speziell für industrielle Anforderungen ausgelegt ist. Sie verbindet lokale Kontrolle mit hoher Zuverlässigkeit und bildet die technische Grundlage für moderne Industrial-IoT-Anwendungen.
Ihr Einsatz führt zu einer deutlichen Verbesserung der Arbeitsbedingungen von Kranführern. Sie müssen sich nicht mehr direkt an gefährlichen Einsatzorten aufhalten, sondern können in geschützten, komfortablen Kontrollräumen arbeiten. Dies verringert gesundheitliche Belastungen und senkt das Risiko von Unfällen.
Eine weitere Folge: Ein einzelner Bediener kann mehrere Maschinen steuern. Er wechselt bei Bedarf zwischen verschiedenen Anlagen, ohne den Arbeitsplatz zu verlassen. So entfallen lange Wege in großen Anlagen oder im Bergbau, was zusätzliche Zeit spart und die Flexibilität signifikant erhöht.
Darüber hinaus eröffnet die Siemens-Technologie neue Möglichkeiten für die Weiterentwicklung industrieller Anwendungen. Die Kombination aus zuverlässiger Kommunikation und flexibler Steuerung schafft die Grundlage für weitere Automatisierungsschritte, etwa autonome Krane ohne direkte Bedienung. Damit ermöglicht Private 5G in anspruchsvollen Arbeitsumgebungen eine neue Form der Maschinensteuerung, die den Anforderungen moderner Industrie gerecht wird.
Ergebnisse im Überblick
- •Deutlich höhere Arbeitssicherheit für Bediener
- •Effizienterer Einsatz von Fachpersonal
- •Reduzierte Wege und geringere Belastung
- •Neue Potenziale für Automatisierung und autonome Systeme
