Das drahtlose Zeitalter hat längst begonnen

Die Funktechnik prägt schon lange unseren Alltag. Es gibt mittlerweile mehr Mobiltelefone in Deutschland als Einwohner. Die Funkfernbedienung für das Auto gehört in den meisten Fällen zur Serienausstattung. W-LAN, für die drahtlose Kommunikation mit dem Internet, ist aus Wohnzimmern, Hotels und Bahnhöfen nicht mehr wegzudenken. Bluetooth hat sich im privaten Bereich durchgesetzt, um neue Klingeltöne oder Kontaktdaten von Handy zu Handy zu übertragen. Auch zur einfachen Übertragung von Audiodaten zwischen Mobiltelefonen und Freisprecheinrichtungen in Fahrzeugen hat es sich bewährt. All diese Erleichterungen nutzen wir im Alltag gerne und wollen sie auch nicht mehr missen. Industrielle Umgebung stellt hohe Anforderungen Im Gegensatz zum Verbrauchermarkt haben sich Funktechnologien in der industriellen Automatisierung noch nicht so recht etabliert. Woran liegt das? Grundsätzlich wird man feststellen, dass die Anforderungen an industrielle Anwendungen, beispielsweise an einen Fertigungsprozess, ungleich höher sind, als im privaten Bereich. In der Vergangenheit wurden manche kritischen Anforderungen nicht zufriedenstellend durch geeignete industrielle Funklösungen erfüllt (siehe auch Kasten 1). Mittlerweile können aber diese Anforderungen – und noch weitere – durch eine Auswahl an geeigneten Komponenten erfüllt werden. Unterschiedliche Technologien prägen das Bild Da aber die Anforderungen im Bereich der industriellen Automation mitunter stark unterschiedlich sind, wird es auch hier nicht die berühmte \’Eierlegende Wollmilchsau\‘ geben. Es sind somit, wie schon bei den Feldbussystemen zu beobachten, unterschiedliche Technologien verfügbar. So hat sich in der Bürokommunikation W-LAN durchgesetzt, in der Gebäudetechnik werden unterschiedliche Systeme, wie W-LAN, EnOcean, Z-wave und andere eingesetzt. In der Prozesstechnik ist wireless Hart auf dem Vormarsch, im industriellen Bereich wird WISA und Bluetooth bevorzugt. Wie bei den Feldbussystemen gibt es auch hier Technologien, die mehrere Einsatzgebiete abdecken können. Bluetooth beispielsweise erfüllt die bereits beschriebenen Anforderungen der industriellen Kommunikation sehr gut. Nicht zuletzt wird diese Feststellung dadurch untermauert, dass Bluetooth als Transportmedium für industrielle Feldbustelegramme ausgewählt wurde. Unter anderem definierte die Profibus Nutzerorganisation e.V. Bluetooth zur Übertragung von Sicherheitstelegrammen in der Ausprägung von ProfiSafe, sodass eine kabellose Übertragung von Prozessdaten auch in IEC61508 Anwendungen möglich ist. Bluetooth für die Industrie geeignet Bluetooth ist ein schmalbandiges System und hat aufgrund des Frequenzsprungverfahrens eine sehr hohe Verfügbarkeit der Funkstrecke, auch in der industriellen Umgebung mit vielen Abschottungen und Reflexionen. Aufgrund dieser Systemeigenschaften weist Bluetooth eine hohe Koexistenz gegenüber anderen Funktechnologien auf. Durch das ständige Wechseln der Frequenzen steht fast immer ein freier Kommunikationskanal zur Verfügung. Und durch den sparsamen Umgang mit dem vorhandenen Frequenzband belässt Bluetooth, im Gegensatz zu W-LAN, anderen Funkinstallationen genügend Bandbreite zur Kommunikation. Weiterhin trägt das gezielte blocken einzelner Frequenzen zu einem vorhersagbaren Übertragungsverhalten bei, sodass Bluetooth auch als faire Funktechnologie im Hinblick auf das Thema Koexistenz angesehen werden darf. Aufgrund der industrietauglichen Eigenschaften von Bluetooth hat Wago sein modulares Automationssystem, um eine Bluetooth-Klemme erweitert. Diese Klemme ist einfach in einen I/O-Knoten einbindbar und kann mit einer weiteren Bluetooth-Klemme in einem anderen I/O-Knoten drahtlos Daten austauschen. Aufgrund der gegebenen Interoperabilität durch den Bluetooth-Standard können auch Daten in Fremdsystemen, beispielsweise mobilen Endgeräten mit Bluetooth-Schnittstelle, weiter verarbeitet werden. Ein I/O-Knoten mit Bluetooth-Klemme erreicht Zykluszeiten von 10ms, damit kann die Bluetooth-Klemme auch in zeitkritischen Anwendungen eingesetzt werden. Da die Reichweite ein wichtiges Kriterium ist, verfügt die Bluetooth-Klemme von Wago zusätzlich über einen Power- und einen Low-Noise-Amplifier. Hiermit wird eine Sendeleistung von 20dBm und eine hohe Eingangsempfindlichkeit von -94dBm erreicht. Insgesamt ergibt sich daraus ein Link Budget von 114dB, was wiederum Entfernungen von bis zu 1.000m erlaubt. Prozessgrößen per Bluetooth übertragen Das feldbusunabhängige Automationssystem von Wago ermöglicht durch die Wahl eines entsprechenden Buskopplers die Einbindung der Bluetooth-Klemme in die gängigsten Bussysteme wie Profinet, Ethernet, Profibus, CAN­open, usw. Damit ist auch eine Kommunikation zwischen unterschiedlichen Bussystemen möglich. Die Verwendung von programmierbaren (IEC61131-3) Controllern anstelle von Buskopplern erlaubt zudem den Aufbau von völlig autarken Systemen ohne weitere Steuerung. Durch die Integration in einen I/O-Knoten hat der Anwender Zugriff auf alle Funktionsklemmen des Wago-I/O-Systems. Somit können die unterschiedlichsten Prozessgrößen (Temperatur, 4 bis 20mA, 0 bis 10V, SSI, Inc., Exi, Hart, usw.) über Bluetooth übertragen werden. Spezielles IT-Wissen, wie es bei der Einbindung mancher W-LAN-Systeme notwendig ist, ist für Bluetooth nicht erforderlich. Die Bluetooth-Klemme wird über das grafische Inbetriebnahmewerkzeug, Wago-I/O-Check, intuitiv konfiguriert. Und noch eine weitere Funktionalität zeichnet die Bluetooth-Klemme aus: Der Benutzer kann die maximale Ausgangssendeleistung vorgeben. Dadurch können Funkfelder untereinander klar abgegrenzt werden. Das bedeutet, man sendet nicht weiter als notwendig. Aufgrund dieser Einstellmöglichkeit und der Verwendung eines standardisierten SMA-Steckers stehen dem Anwender eine Vielzahl von unterschiedlichen Antennen und Kabeln zur Verfügung. Außerdem kann die Klemme auch in Ländern eingesetzt werden, wo zusätzliche Sendeleistungsbeschränkungen vorgeschrieben sind. Die Bluetooth-Klemme in Verbindung mit dem Wago-I/O-System erfüllt somit die grundlegenden Anforderungen der industriellen Automation. Mögliche Einsatzfelder: Maschinen, Roboter, fahrerlose Systeme Welche Applikationen können denn nun mit Funk gelöst werden? Die Möglichkeiten sind hier vielfältig. Nachstehend einige Beispiele: Prädestiniert für Funk sind grundsätzlich alle mobilen Anwendungen. Überall dort, wo sich etwas bewegt, lassen sich Funklösungen häufig einfacher, schneller und kostengünstiger umsetzen als kabelgebundene Lösungen. Rotierende Teile von Maschinen haben immer ein Problem bezüglich der Datenübermittlung, da verschleißanfällige Schleifringe eingesetzt werden müssen. Hier sind keine großen Reichweiten gefordert, dafür spielt die Verfügbarkeit eine große Rolle. Dies ist eine ideale Anwendung für die Bluetooth-Klemme, weil die Verfügbarkeit der Funkstrecke hoch, die Sendeleistung skalierbar und die Funkkommunikation praktisch wartungsfrei ist. Auch Roboter stellen besondere Anforderungen an die Zuleitungen, da sie ständig in Bewegung sind. Sie müssen Schleppketten-tauglich sein, was recht kostspielig ist und zudem einem hohen Wartungsaufwand unterliegt. Auch hier würde eine drahtlose Kommunikation Vorteile bringen, da dann die Buskabel entfallen können und nur noch die Leitungen zur Energieversorgung erforderlich wären. Mobile fahrerlose Systeme werden mitunter über Induktionsschleifen gesteuert, eine kurzfristige Streckenänderung ist nur mit sehr hohem Aufwand möglich. Funksysteme lassen sich schnell umkonfigurieren und nachrüsten, eine flexible Anpassung an die jeweilige Umgebung ist daher einfach möglich. Denn überall dort wo größere Entfernungen überbrückt werden müssen oder Hindernisse den direkten Weg versperren, können Funksysteme die Lösung sein. Sei es bei der Kommunikation von Baggern oder LKWs in einer Sand/Kiesgrube mit einer Leitstelle, die eine leitungsgebundene Übertragung nicht zulässt. Mit einer Reichweite von bis zu 1.000m bietet sich die Bluetooth-Klemmme auch hier an. Fazit Es gibt vielfältige Applikationen wo der Einsatz von Funktechnik wirklich sinnvoll ist, da sie Anwendungen sicherer, stabiler und kostengünstiger machen kann. Das Wago-I/O-System mit der Bluetooth-Klemme wird bereits in vielen Anwendungen erfolgreich eingesetzt. Das drahtlose Zeitalter hat somit auch in der Industrie begonnen, denn Funktechnologie hat sich bewährt und ist verfügbar. Kasten 1: Anforderungen an industrielle Funklösungen – Die Funktechnologie muss robust und zuverlässig sein, um in industrieller Umgebung zu bestehen – Die Kommunikation sollte möglichst auf Standards basieren, um auch Fremdsysteme einbinden zu können – Hohe Verfügbarkeit ist erforderlich – Kurze Zykluszeiten im ms-Bereich sind notwendig – Große Entfernungen sind zu überbrücken – Flexible Einbindung in industrielle Feldbussysteme muss möglich sein – Eine Vielzahl von Messgrößen (Temperatur, 4 bis 20mA, 0 bis 10V usw.) müssen übertragen werden. – Es darf kein Expertenwissen zur Inbetriebnahme des Netzwerkes erforderlich sein – Gute Koexistenzeigenschaften sind erforderlich, da im Feld durchaus bereits installierte Funklösungen anzutreffen sind Kasten 2: Fakten zu Bluetooth Es wurde in den 90er-Jahren durch die Bluetooth SIG entwickelt – Ein Standard nach IEEE802.15.1 – Weltweites, lizenzfreies ISM 2,45GHz Band – Ausgangsleistung 1mW (class3), 2,5mW (class2), bis 100mW (class1) – Topologie: Stern, ein Master, bis zu sieben aktive Slaves – Datenrate: bis zu 2,1Mbit/s – Frequenzsprungverfahren: 1.600 mal pro Sekunde wird die Frequenz gewechselt über 79 Kanäle (1MHz) – Sehr robuste Übertragung Kasten 3: Das Wago-I/O-System – modulares Feldbussystem – Unterstützung aller gängigen Feldbussysteme – Feldbuskoppler oder programmierbare (IEC61131) Controller erhältlich – IPCs für komplexe Steuerungsaufgaben – 1, 2, 4, 8, 16-kanalige Klemmen verfügbar – 400 verschiedene Funktionsklemmen (Temperatur, 4 bis 20mA, 0 bis 10V, SSI, RS232,485, Inc, HART, usw.) – Profisave-Klemmen direkt einbindbar – Exi-Klemmen – Diverse Schiffszulassungen