Schnittstellen Vernetzung: Das sind technische Voraussetzungen

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In Laboratorien sind zahlreiche Labor- und Analysengeräte im Einsatz. Diese müssen gesteuert und überwacht werden. Daneben müssen die von ihnen generierten Daten aufgenommen, archiviert und analysiert werden. Welche Vorteile bietet eine Vernetzung der einzelnen Geräte und Systeme und welche technischen Voraussetzungen sind nötig?

Die Vernetzung von Laboratorien spielt eine wichtige Rolle bei der Optimierung von Prozessen und der Beschleunigung von Arbeiten, egal ob es dabei um Forschung oder Qualitätssicherung geht. Die Integration von verschiedenen Laborbereichen und -geräten ermöglicht eine effektive Zusammenarbeit und den Austausch von Daten, Proben und Informationen.

Eine entscheidende Voraussetzung für eine erfolgreiche Laborvernetzung ist die Standardisierung von Prozessen und Daten. Hierbei sollten beispielsweise gemeinsame Datenformate, Protokolle und Schnittstellen verwendet werden, um einen nahtlosen Datenaustausch zu ermöglichen. Eine Herausforderung dabei ist die Integration von zahlreichen Geräten und Systemen verschiedener Hersteller, die häufig mit unterschiedlichen Software-Plattformen, Datenformaten und Betriebssystemen arbeiten.

Einige Aspekte, warum die Vernetzung von Geräten im Labor Sinn ergibt:

• Effizienz: Die Vernetzung ermöglicht es Labormitarbeitern, Daten in Echtzeit zu sammeln und zu analysieren, was zu einer effizienteren Datenerfassung und -analyse führt. Die Daten können automatisch in ein LIMS übertragen werden, was die manuelle Datenerfassung reduziert, und die Genauigkeit der Daten erhöht.

• Zeitersparnis: Durch die Vernetzung von Laborgeräten gelingt es, mehrere Geräte gleichzeitig zu überwachen und zu steuern, was die Zeit für manuelle Eingriffe reduziert und die Produktivität erhöht.

• Bessere Überwachung und Analyse der Systeme: Forscher können Gerätedaten in Echtzeit überwachen und analysieren, was zu einer schnelleren Identifizierung von Problemen führen kann. Dies kann dazu beitragen, das Risiko von Fehlern und Ausfällen zu reduzieren und die Sicherheit zu erhöhen.

• Datenintegrität: Mit vernetzen Laborgeräten können Daten aus verschiedenen Quellen integriert und synchronisiert werden, was die Datenintegrität verbessert. Dies ist besonders wichtig für Prozesse, bei denen Datenqualität und -konsistenz entscheidend sind.

Insgesamt führen diese Vorteile zusätzlich auch zu deutlichen Kosteneinsparungen, weil u. a.:

• Geräte geringere Ausfallzeiten haben,

• mehr Experimente in kürzerer Zeit durchgeführt werden können und

• Forschungsprojekte weniger Zeit benötigen.

Was ist bei der Vernetzung in Laboratorien wichtig?

Eine erfolgreiche Laborvernetzung setzt eine effektive Nutzung von Schnittstellen voraus. Eine Schnittstelle ist eine Art Übersetzer zwischen verschiedenen Softwarelösungen und den Geräten. Sie ermöglicht die Interaktion zwischen verschiedenen Anwendungen, indem sie Daten zwischen ihnen austauscht. Eine gut entwickelte Schnittstelle kann dazu beitragen, dass Daten schnell und effizient zwischen verschiedenen Laboratorien ausgetauscht werden können.

Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung von Schnittstellen für Laboratorien ist die Standardisierung von Datenformaten. Es ist wichtig, dass alle Laboratorien die gleichen Datenformate verwenden, um einen reibungslosen Datenaustausch zu gewährleisten. Die Verwendung standardisierter Formate ermöglicht es, Daten problemlos zwischen verschiedenen Laboren zu übertragen, ohne dass es zu Problemen bei der Interpretation oder Verarbeitung kommt. Neben den eigentlichen Messwerten können auch Metadaten (Zeitpunkt der Messwertaufnahme, Mitarbeiter oder Experimentart etc.) übertragen werden.

Im Folgenden werden einige der gebräuchlichsten Schnittstellen kurz vorgestellt, die im Labor zum Einsatz kommen:

• RS-232 ist eine serielle Schnittstelle, die in vielen Industrieanwendungen für die Kommunikation zwischen Geräten verwendet wird. Es ist eine der ältesten Schnittstellen, aber immer noch weit verbreitet in der Laborautomatisierung. Es wird oft für den Anschluss von Geräten wie Waagen, pH-Metern und Temperaturkontrollgeräten verwendet. Zur Steuerung eines Laborgerätes mit einem PC verliert die RS-232-Schnittstelle allerdings zunehmend an Bedeutung, da immer weniger handelsübliche PCs mit einer RS-232-Schnittstelle ausgestattet sind.

• Ethernet ist eine weit verbreitete Schnittstelle für die Vernetzung von Laborgeräten. Es ermöglicht die Kommunikation über ein Netzwerk und bietet eine höhere Datenübertragungsrate als RS-232. Ethernet-Schnittstellen findet man häufig bei HPLC-Anlagen, Massenspektrometern oder Laborrobotern. Großer Vorteil einer Ethernet-Schnittstelle ist die Möglichkeit, aufgrund des gemeinsamen Standards auch Geräte unterschiedlicher Hersteller in einem Netzwerk miteinander zu verbinden.

• USB (Universal Serial Bus) ist eine universelle, serielle Schnittstelle für den Anschluss von Geräten an einen Computer. Es wird oft für den Anschluss von Peripheriegeräten wie Druckern, Kameras und Speichergeräten verwendet. In der Laborautomatisierung wird es auch für den Anschluss von Geräten wie Pipetten, Probenahme-Automaten und Spektralphotometern verwendet. Für den 1:1-Anschluss eines Laborgerätes an einen PC ist USB eine gute Wahl, bei der Vernetzung mehrerer Systeme sollte man eher auf Ethernet, LADS oder eine drahtlose Technik zurückgreifen.

• GPIB steht für General Purpose Interface Bus und ist eine parallele Schnittstelle für die Kommunikation zwischen Geräten. Es wird oft für den Anschluss von Laborgeräten wie Oszilloskopen, Generatoren und Netzgeräten verwendet.

• WLAN ist eine drahtlose Schnittstelle, die für die Vernetzung von Laborgeräten verwendet werden kann. Es ermöglicht die drahtlose Übertragung von Daten und bietet eine höhere Mobilität als kabelgebundene Schnittstellen. WLAN-Schnittstellen werden oft für mobile Geräte wie Handheld-Spektrometer oder pH-Meter verwendet. Allerdings muss hier – wie auch bei anderen drahtlosen Übertragungs-Protokollen wie Bluetooth – auf einen höheren Sicherheitsaufwand geachtet werden. Die Möglichkeit eines Datendiebstahls ist hier deutlich größer als bei kabelgebundener Übertragung.

• Bluetooth ist eine drahtlose Kurzstreckenschnittstelle, die für die Vernetzung von Laborgeräten verwendet werden kann. Es ermöglicht die drahtlose Übertragung von Daten und bietet eine höhere Mobilität als kabelgebundene Schnittstellen. Bluetooth-Schnittstellen werden ähnlich wie bei WLAN oft für mobile Geräte verwendet.

Mit der LADS-Schnittstelle soll es im kommenden Jahr eine neue, spezielle Schnittstelle für Laboranwendungen geben, die auf dem weit verbreiteten Industriestandard OPC UA beruht (s. Infokasten OPC UA und LADS).

Damit Laborgeräte in eine bestehenden Laborumgebung eingebunden werden können, sollten sie möglichst viele Anschlussmöglichkeiten besitzen. Die Laborthermostat-Serie Magio von Julabo bietet neben den üblichen Schnittstellen RS232, Ethernet und USB auch die Option über die neue LADS-Schnittstelle zu kommunizieren, was für zukünftige Laborvernetzungen Vorteile bringt.

Fazit: Schnittstellen ermöglichen erst die Vernetzung

Die Vernetzung von Laboratorien gewinnt in der heutigen Welt mit ihren globalen Informationsströmen immer mehr an Bedeutung. Durch die Vernetzung können Labore effizienter und effektiver arbeiten. Dabei geht es nicht nur um die Zusammenarbeit zwischen Laboren, sondern auch um die Möglichkeit, Daten und Ressourcen effizient zu nutzen. Eine erfolgreiche Laborvernetzung setzt eine effektive Nutzung von Schnittstellen voraus. Laborgeräte sollten aus diesem Grund mehrere unterschiedliche Möglichkeiten zur Ansteuerung des Geräts bieten. Dies macht es deutlich einfacher, sie in ein vernetztes Labor einzubinden.

* Felix Enseleit, Produktmanager Julabo GmbH

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