W-LAN-Ethernet-Port-Adapter: W-LAN für Industrial Ethernet-Komponenten

Industrielle Automatisierungskomponenten haben heute zumeist einen Ethernet-Anschluss, jedoch selten ein eingebautes W-LAN-Interface. Daher muss die Funktion des W-LAN-Clients mittels eines W-LAN-Ethernet-Port-Adapters nachträglich implementiert werden. Der W-LAN-Client ist nicht nur ein Signalumsetzer von Kupfer- auf Funktechnik, sondern für alle Funktionen des W-LAN-Netzwerks verantwortlich. Dazu gehören die automatische W-LAN-Netzwerkanmeldung, die Datensicherheit gemäß IEEE802.11i und das Roaming zwischen den Access-Points. Access-Points meist nicht als W-LAN-Client geeignet Als W-LAN-Client-Adapter fungieren überwiegend Access Points, die im Client-Mode betrieben werden. Im Automatisierungsumfeld haben diese Geräte allerdings einen gravierenden Nachteil: Der Anwender muss den W-LAN-Client-Adapter bei der Inbetriebnahme oftmals fest für die Verwendung in einem lokalen Netzwerk konfigurieren. Die fest konfigurierte Kommunikationsverbindung kann dann während des Betriebs nicht mehr flexibel geändert werden, falls applikative Anforderungen dies erfordern. Gerade in mobilen Anwendungen, in denen das bewegte Automatisierungssystem zwischen verschiedenen Access-Points im selben oder in unterschiedlichen W-LAN-Netzwer­ken wechseln soll, ist es vorteilhaft, wenn die Steuerung Einfluss auf die Kommunikationsverbindung hat. Nur so kann der Anwender die applikativen Anforderungen im Anwendungsprogramm umsetzen, was bei einem fest konfigurierten W-LAN-Client-Modul nicht möglich ist (Bild 2). Steuerbare Funktionen im W-LAN-Ethernet-Port-Adapter Der industrielle W-LAN-Ether­net-Port-Adapter FL W-LAN EPA von Phoenix Contact ist ein kompaktes W-LAN-Client-Modul. Es wurde entwickelt, um Automatisierungskomponenten mit Ethernet-Anschluss W-LAN-fähig zu machen (Bild 3). Im Gegensatz zu den üblichen W-LAN-Client-Adaptern lassen sich mit dem FL W-LAN EPA alle wichtigen W-LAN-Funktionen während des Betriebs mittels Simple Network Management Protocol (SNMP) oder AT-Commands via Ethernet durch die Steuerung kontrollieren und steuern (Bild 4). Neben der Konfiguration und Diagnose des W-LAN-Client-Adapters kann auch nach Access-Points in der Umgebung gesucht, können Verbindungen gezielt auf- und abgebaut oder Roaming-Vorgänge beeinflusst werden. Somit passt sich das Steuerungsprogramm flexibel an neue Applikations-Anforderungen an. Der W-LAN-Ethernet-Port-Adapter eröffnet dem Maschinen- und Anlagenbauer daher neue Möglichkeiten. So kann die Konfiguration durch das Anwendungsprogramm der Steuerung erfolgen, was eine separate Vor-Ort-Konfiguration bei der Inbetriebnahme oder bei einem Gerätetausch im Fehlerfall nicht mehr notwendig macht. Soll eine mobile Produktionseinheit an verschiedenen Stellen der Anlage in unterschiedliche W-LAN-Netz­werke des Unternehmens integriert werden, kann die Steuerung nach in der Umgebung verfügbaren W-LAN-Netzwerken suchen und sich mit dem passenden Netzwerk verbinden. Voraussetzung ist, dass ihr die Security-Einstellungen bekannt sind. Optimales und zuverlässiges Roaming Eine wesentliche Anforderung mobiler Systeme ist ein zuverlässiges Roaming, also Wechseln zwischen verschiedenen Access-Points in einem W-LAN-Netzwerk. Bei herkömmlichen W-LAN-Client-Adaptern wird die Entscheidung zum Roamen meist automatisch vom W-LAN-Client auf Basis der Funksignalpegel der Access-Points sowie fest konfigurierter Schwellwerte getroffen. Dieses Prinzip erweist sich als nachteilig, da der Signal-Schwellwert für jede Anwendung vor Ort ausgemessen und festgelegt werden muss. Außerdem kann der Schwellwert während der Betriebszeit der Anlage aufgrund nicht beeinflussbarer Änderungen in der Umgebung oder im W-LAN-Netzwerk nicht mehr passen. Um zwischen den verschiedenen Access-Points in einem unbekannten oder sich verändernden W-LAN-Netz­werk optimal und zuverlässig roamen zu können, muss die Entscheidung über den Wechselzeitpunkt und den neuen Access-Point auf der Grundlage aktueller Daten gefällt werden. Als am besten geeignet – weil am flexibelsten – zeigt sich hier die Steuerung des mobilen Systems. Entscheidungsparameter können die gegenwärtige Position, externe Trigger-Impulse oder zeitnahe Informationen über die lokale W-LAN-Infrastruktur sein. Die Daten der W-LAN-Infrastruk­tur lassen sich ermitteln, indem der W-LAN-Client-Adapter in den Pausen der zyklischen Datenübertragung gezielt nach geeigneten Access-Points sucht. In zeitkritischen Anwendungen bietet sich der Einsatz eines zweiten W-LAN-Ethernet-Port-Adapters als Scanner an. Eine gute, korrekt installierte Antenne ist wichtig In industriellen W-LAN-Netzwerken wird Wert auf eine dauerhaft funktionierende und leistungsfähige Funkkommunikation gelegt. Vor diesem Hintergrund muss der Anwender die korrekte Installation der Antennen sicherstellen. Ihre Montage und das Verlegen des Antennenkabels haben einen großen Einfluss auf die Performance und Zuverlässigkeit der drahtlosen Verbindung. Eine gute Funkdatenübertragung bedingt die Befestigung der Antenne an einer funktechnisch günstigen Position, einen kurzen Abstand zwischen Wireless-Modul und An­tenne sowie die Verwendung eines leistungsfähigen und für die Anwendung passenden Gerätetyps. Bei der Antennenauswahl muss berücksichtigt werden, dass das industrielle Umfeld von reflektierenden Metallflächen geprägt ist. Einfache Rundstrahl-Antennen, die der Hersteller üblicherweise mit den Funkkomponenten liefert, strahlen eine vertikal oder horizontal linear polarisierte Funkwelle ab. Damit ein guter Empfang erzielt wird, müssen die Sende- und die Empfangsantenne die gleiche Ausrichtung (Polarisation) haben. Sind die Polarisationsebenen der beiden Antennen gegeneinander gedreht, treten erhebliche Signalverluste auf. Im industriellen Umfeld ist die Ausrichtung der Antenne jedoch nicht immer statisch, weil sie beispielsweise auf einem Roboterwerkzeug montiert ist oder sich frei im Raum bewegt. Die Polarisation ändert sich darüber hinaus bei jeder Reflexion der Funkwelle an einer Metallfläche. Um eine starke Schwankung der Signalstärke am Empfänger zu vermeiden, sollte eine zirkular polarisierte Antenne eingesetzt werden. Eine Ausrichtung zwischen Sende- und Empfangsantenne ist bei diesem Gerätetyp nicht erforderlich, sodass auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen eine stabile Verbindung aufgebaut wird. Im kompakten und robusten Gehäuse des FL W-LAN EPA sind deshalb eine zirkular polarisierende Antenne und ein industrielles W-LAN-Funk­modul kombiniert worden (Bild 5). Die Kommunikation zwischen der Automatisierungskomponente und dem W-LAN-Client erfolgt über eine unempfindliche Ethernet-Leitung. Das vereinfacht die abgesetzte Montage des Funkmoduls an einer günstigen Position im Feld. Zuverlässige Verbindungen im industriellen Umfeld Der W-LAN-Ethernet-Port Adapter FL W-LAN EPA zeigt, dass durch sein Gerätedesign zuverlässige Funkverbindungen selbst im industriellen Umfeld einfach aufgebaut werden können. Durch die Konzentration auf die W-LAN-Client-Funktion und die an automatisierungstypische Anwendungen angepasste Leistungsfähigkeit bleibt die Bauform des Funkmoduls trotz der integrierten Spezial-Antenne kompakt. Umfangreiche Steuerungsfunktionen eröffnen darüber hinaus neue Möglichkeiten, um die vielfältigen applikativen Anforderungen umzusetzen. KASTEN W-LAN-Komponenten für die raue Industrieumgebung Die W-LAN-Access-Points und W-LAN-Ethernet-Port-Adapter aus der Produktfamilie Factory Line von Phoenix Contact sind für den industriellen Einsatz in rauer Umgebung entwickelt worden. Neben einem robusten Gehäuse haben die Funkmodule einen weiten Arbeitstemperaturbereich und eine hohe EMV-Festigkeit (Bild 6). Die Factory Line W-LAN-Komponenten sind kompatibel zu den W-LAN-Übertragungsstandards der IEEE802.11. Sie unterstützen den Sicherheitsstandard IEEE802.11i und erhöhen so die Netzwerksicherheit. Für den Einsatz in Automatisierungsnetzwerken sind zusätzliche Funktionen wie das getriggerte schnelle Roaming implementiert.