Fraunhofer Dresden: Optische High-Speed-Echtzeit-Datenverbindung für die Industrie

Selbst in Umgebungen, in denen Funk an seine Grenzen stößt, arbeitet es zuverlässig und nahezu verzögerungsfrei. Damit eröffnet Li-Fi Grathus® neue Möglichkeiten für flexible, zuverlässige und nachweislich echtzeitfähige Industriekommunikation.

In modernen Industrieanlagen müssen Maschinen, Sensoren und Steuerungen immer schneller und zuverlässiger miteinander kommunizieren. Klassische Kabelverbindungen sind dabei oft unflexibel, während Funklösungen störanfällig sein können. Hier setzt der vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden entwickelte Li-Fi Grathus® an: Die Technologie nutzt Licht zur Datenübertragung („Li-Fi“ steht für Light Fidelity) und ermöglicht so eine drahtlose Verbindung ohne Funkwellen. Mit Datenraten von 1 Gbit/s oder mehr sowie einer Reichweite von bis zu 10 Metern eignet sich das System für viele industrielle Anwendungen. Ein entscheidender Vorteil ist die extrem kurze, vorhersagbare Verzögerung (deterministische Latenz) von unter 100 Nanosekunden. Das bedeutet: Daten werden praktisch in Echtzeit übertragen, was für Robotik und präzise Maschinensteuerung besonders wichtig ist.

High-Speed, zuverlässig und störungsfrei

Im Gegensatz zu WLAN oder anderen Funktechnologien arbeitet Li-Fi Grathus® mit Lichtsignalen. Das hat einen entscheidenden Vorteil: Die Übertragung ist unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMV), wie sie in industriellen Umgebungen häufig auftreten. Zudem kann das System gleichzeitig senden und empfangen (Vollduplex), sodass keine Zeitverluste entstehen. Die Technologie lässt sich ohne größere Umstellungen nahtlos in bestehende Anlagen und Netzwerke integrieren und unterstützt gängige Industriestandards wie Profinet, EtherCAT, EtherCAT G und SERCOS III aber auch neuartiges Time Sensitive Networking (TSN). Neben Ethernet/Gigabit‑Ethernet stehen USB 3.0/3.1 sowie kundenspezifische Interfaces zur Verfügung. Ein zusätzlicher Seitenkanal mit 1 Mbit/s unterstützt Management‑, Diagnose‑ und Sicherheitssignale.

Einfache Handhabung im industriellen Einsatz

Neben der Leistung spielt in der Praxis vor allem die einfache Nutzung eine wichtige Rolle. Li-Fi Grathus® überzeugt hier durch:

• Einfache Installation: Im Vergleich zu komplexen optischen Datenübertragungssystemen wie Freistrahlsystem, die aufwendig ausgerichtet werden müssen oder teure optische Systeme benötigen (z.B. Beamsteering oder adaptive Optiken), lässt sich Grathus® flexibel und ohne Justierung installieren und betreiben.
• Neuartige, patentierte Mehrwegelinse: Sie erlaubt höhere Sendeleistungen und eine einfache Ausrichtung per Hand.
• Augensicherer Betrieb: Laserklasse 1 gewährleistet einen sicheren Einsatz.
• Robuste Bauweise: Thermisch stabile und kompakte Plug-and-Play Bauweise mit Metallgehäuse schützt die Technik im industriellen Alltag
• Hohe Flexibilität: Ermöglicht einen vielseitigen Einsatz in unterschiedlichen Anwendungen.

Breites Einsatzspektrum in der Industrieautomation

Aufgrund der nachweislich vorhersagbaren Echtzeitkommunikation zwischen Steuerungs‑, Sensor‑ und Aktorsystemen eignet sich Li-Fi Grathus® überall dort, wo schnelle und zuverlässige Datenübertragung ohne Kabel erforderlich ist. Typische Einsatzbereiche sind:

• industrielle Automatisierung
• Robotik
• Motion Control (präzise Bewegungssteuerung von Maschinen)
• Nachrüstung bestehender Anlagen (Retrofit)
• Backhaul- und Backbone-Verbindungen für WLAN- und Mobilfunk-Access-Points
• Logistiksysteme, z. B. Regal- und Lagersysteme
• Große rotierende Maschinen
• Hochbandbreitenkanäle für den Upload und Download von Sensordaten, z. B. bei fahrerlosen Transportsystemen (AGVs)

Gerade in flexiblen Produktionsumgebungen, in denen Maschinen häufig umgestellt werden, bietet die drahtlose Verbindung deutliche Vorteile, ohne dass die deterministische Performance leidet. Zusätzlich ermöglicht sie einen zuverlässigen Betrieb in metallischen Umgebungen, in denen Funktechnologien an ihre Grenzen stoßen und Ausfälle drohen.