Ethernet-Funkbrücken: Zuverlässige Datenübertragung für schwer zugängliche Anlagen

Die rasche Verbreitung von Industrial Ethernet in der Automatisierungstechnik hat in der vergangenen Zeit zur Entwicklung verschiedener, für Industrie-Anwendungen tauglicher Ethernet-Funkbrücken geführt. In der zeitgleich laufenden Diskussion über Chancen und Risiken der drahtlosen Kommunikation werden die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologien intensiv diskutiert. Generell gilt, dass Funkverbindungen dann erfolgreich genutzt werden können, wenn die Aufgabenstellung von Beginn an sorgfältig analysiert wird und eine für die fragliche App­likation geeignete Funktechnologie in ausgereifter Gerätetechnik zur Verfügung steht. Ein Beispiel ist das modulare Datenfunk-System Dataeagle der Schildknecht AG. Verfügbarkeit der Funkverbindung hat Priorität Bei Projekten mit Funkbrücken steht die bestmögliche Verfügbarkeit der Funkverbindung an oberster Stelle. Das erfordert flexible technische Lösungen, die sowohl den räumlichen Gegebenheiten der Anlage (Entfernungen, Hindernisse), der vorhandenen bzw. gewünschten Kommunikationstechnologie (z.B. Feldbus oder Ethernet) und schließlich der Koexistenzfrage in Bezug auf vor Ort bereits genutzte Funkverbindungen Rechnung tragen. Die mit Geräten der Dataeagle-Serien aufgebauten Systeme erfüllen diese Anforderungen, da sie technologisch auf verschiedene Funktechnologien zurückgreifen und die Erfahrungen aus Installationen in verschiedenen Branchen nutzen können. Die Module der Geräteserien von Dataeagle übernehmen die Koppelfunktion an den jeweiligen Enden der Funkstrecken. Bild 1 zeigt die standardisierten Ausführungsformen der Module (im Gehäuse bzw. als Kompaktgerät) und Antennen. Sichere Funkbrücken für Ethernet Die Serie Dataeagle 4xxx (Tabelle 1) umfasst die für eine transparente Ethernet-Funkübertragung entwickelten Module, die sich – bei sonst gleichen Eigenschaften – in der eingesetzten Funktechnologie unterscheiden. Da wäre zunächst das SRD-Band: 869MHz ist ein Short Range Devices-Band und europaweit zulassungsfrei. Hier kommt der Dataeagle 4300 zum Einsatz. Die Sendeleistung im SRD-Band kann bis zu 500mW betragen, jedoch darf bei dieser Sendeleistung nur mit einem Takt/Pausenverhältnis (Duty cycle) von 10% gesendet werden, was den Datenaustausch z.B. gegenüber Bluetooth verlangsamt. In der Praxis können Reichweiten im km-Bereich erreicht werden, bis zu 2km auch ohne direkte Sichtverbindung. Typische Anwendungen finden sich in Anlagen, in denen Ethernet-Funkbrücken über eine Entfernung von 500m bis 3km realisiert werden sollen und keine hohen Werte für Datendurchsatz und Aktualisierungszeit gefordert werden. 869MHz ist keine Breitband-Funktechnik und daher z.B. für Videoübertragungen nicht geeignet. Es können jedoch Steuerungsdaten über UDP, TCP/IP, Profinet oder Modbus TCP oder auch Protokolle gemäß IEC60870-5-105 übertragen werden. Langsamere Übertragungen bei 400 bis 470MHz In diesem Bereich liegt bei 448MHz (zulassungspflichtig) die Zeitschlitztechnik, bei deren Verwendung vor das Funkmodem ein Zeitschlitzgeber montiert wird, der die Verbindung zum Funkmodem für 54 Sekunden unterbricht und nur 6 Sekunden freigibt. Dieses Band ist gut für langsamere Datenübertragungen geeignet und ermöglicht mithilfe seiner Sendeleistung von bis zu 1W eine Reichweite von 10km und mehr. Parallel zu 448MHz kann auch eine ebenfalls zulassungspflichtige 459MHz-Funktechnik mit gleichen technischen Daten verwendet werden. Hierfür eignet sich das Modell DE 4400. Bluetooth-Übertragung im 2,4GHz-ISM Band Bluetooth benutzt das lizenzfreie ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) zwischen 2,402 und 2,480GHz. Hier kommt das Gerät DE 4700 zum Einsatz. Im genannten Bereich stehen 79 Kanäle mit je 1MHz Breite zur Verfügung. Bluetooth wurde bisher vorzugsweise als \’Klasse 3\‘ mit nur 1mW Sendeleistung für kurze Distanzen bei Consumer-Produkten wie Handys eingesetzt. In den Dataeagle-Geräten dagegen wird Bluetooth als \’Klasse 1\‘ mit einer Sendeleistung von 100mW verwendet. Da das zulassungsfreie Frequenzband um 2,4GHz auch von anderen drahtlosen Übertragungsverfahren wie z.B. WLAN nach IEEE802.11 genutzt wird, verwendet Bluetooth die Frequence Hopping (FHSS)-Technologie für einen ständigen Kanalwechsel mit 1.600 Frequenzsprüngen pro Sekunde. Dadurch wird die Stabilität von Bluetooth-Verbindungen erhöht. Das erweist sich in industriellen Anwendungen gegenüber WLAN als vorteilhaft und macht Bluetooth zu einer robusten Funktechnologie für Wireless-Automation macht. Ein \’Blacklisting\‘ verhindert Störeinflüsse auf vor Ort möglicherweise bereits bestehende WLAN-Netze: Der Anwender kann in die Funkmodule WLAN-Kanäle eintragen, deren Nutzung untersagt ist. Einsatz in bewegten oder schwer zugänglichen Anlagen