CITplus - Radioline wurde für die drahtlose Datenübertragung in ausgedehnten Infrastruktur-Anwendungen konzipiert undschließt die Lücke zwischen Wireless Hart, Bluetooth und WLAN.

Bluetooth zeichnet sich durch hohe Störsicherheit gegen EMV-Belastungen in industriellen Applikationen aus. Allerdings können lediglich kleine Netzwerke mit maximal sieben Slaves in Punkt-zu-Punkt- oder Stern-Struktur aufgebaut und Distanzen bis 150 Meter überbückt werden. WLAN verwendet mit DSSS ein Frequenzspreiz-Verfahren, das Daten auf einem festen Frequenzband weiterleitet. Da die Ressourcen im 2,4-GHz-Bereich jedoch beschränkt sind, lassen sich maximal drei WLAN-Systeme ohne gegenseitige Beeinflussung parallel betreiben. Der Funkstandard unterstützt ein Roaming zwischen verschiedenen Access Points, weshalb er sich für mobile Ethernet-Applikationen eignet, in denen eine Reichweite von rund 100 Meter zu überwinden ist. Wireless Hart wurde speziell für die batteriebetriebene I/O-Kommunikation in prozesstechnischen Anlagen entwickelt. Um den Energieverbrauch zu reduzieren, werden typischerweise geringe Update-Raten gewählt. Wireless Hart erlaubt den Aufbau von Netzwerken mit bis zu 254 Teilnehmern sowie die Übertragung der Daten über eine Entfernung bis 3.000 m. Netzwerk-technisch sind vielfältige Strukturen von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bis Full-Mesh-Netzwerken möglich.
Einfache Inbetriebnahme
Das Funksystem Radioline basiert hingegen auf Trusted Wireless 2.0. Dieses ist insbesondere für den drahtlosen Datenaustausch in ausgedehnten Infrastruktur-Anlagen konzipiert. Via Radioline lassen sich sowohl Sensor- und Aktor-Informationen als auch serielle Daten in weit verteilten Anwendungen miteinander vernetzen. In die Entwicklung der Funkgeräte sind die mehr als zehnjährigen Erfahrungen eingeflossen, die Phoenix Contact bei der vorhergehenden Gerätefamilie gesammelt hat.
Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die einfache Inbetriebnahme gelegt. So erhalten die Anwender die Funkkomponenten bereits vorkonfiguriert und müssen lediglich die individuelle Adresse für jede Funkstation mit nur einem Dreh am gelben Rändelrad einstellen. Die Adresse „01" konfiguriert das Modul als Master, wohingegen Geräte mit den Adressen „02" bis „99" automatisch als Repeater/Slave arbeiten. Aufgrund der Unterstützung sämtlicher Betriebsarten kann der Funkkopf beliebig als Master für den Netzwerk-Aufbau, als Repeater zur Weiterleitung der Daten oder als Slave für die Endpunkte im Netz genutzt werden. Bei der Installation visualisiert ein in die Geräte integrierter Bargraf die Empfangsstärke kontinuierlich. Die Information steht darüber hinaus auch an Schraubklemmen zu Messzwecken zur Verfügung. Im Rahmen einer erweiterten Diagnose lässt sich der Zustand des gesamten Netzwerks zudem per Software auswerten.
Modulare Erweiterung
Neben dem Funkmodul beinhaltet das Portfolio mittlerweile acht I/O-Erweiterungsmodule. Die einfache Inbetriebnahme des Systems wurde hier ebenfalls konsequent umgesetzt. So kann jede Funkstation durch Aufrasten von bis zu 32 I/O-Scheiben auf die Hutschiene modular ausgebaut werden. Ein T-Busstecker rangiert die 24 V sowie die interne Kommunikation, sodass die Module im laufenden Betrieb installiert und ausgetauscht werden können. Die Verteilung der Informationen erfolgt mit einem Finger durch das so genannte I/O-Mapping. Dabei wird sowohl am weißen Rändelrad des Eingangs- als auch des Ausgangsmoduls beispielsweise „23" als I/O-Map-Adresse eingestellt und die Geräte auf diese Weise miteinander verknüpft. Der Vorgang, der sich beliebig oft an anderen Stationen wiederholen lässt, ermöglicht die einfache Verteilung und Vervielfachung von maximal 99 verschiedenen Eingangsmodulen.
Die vier-, sechs- oder achtkanaligen Module umfassen eine hochwertige galvanische Kanal-zu-Kanal-Trennung. Eine Besonderheit weisen die vierkanaligen digitalen Module auf, deren Weitbereichsein- und Relaisausgänge Schaltspannungen bis zu 250 V erlauben. Ferner kann das achtkanalige digitale Eingangsmodul alternativ als zweikanaliges Zählermodul zur Erfassung und Weiterleitung beispielsweise von Durchfluss-Messwerten verwendet werden.
Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Neben der I/O-zu-I/O-Betriebsart eröffnet das Radioline-System weitere Anwendungsmöglichkeiten. Über die in das Funkmodul eingebaute RS232- und RS485-Schnittstelle lässt sich ein Kabelersatz für serielle Netzwerke in Form von Funktechnologie realisieren, auch als Seriell-zu-Seriell-Betriebsart bezeichnet. Als zusätzliche interessante Betriebsart erweist sich die Anbindung und Integration von Funknetzwerken in oder an eine Modbus-Steuerung. Dazu erhält der Funkmaster eine Modbus-Adresse und kann dann über die implementierte serielle Schnittstelle via Modbus-RTU an eine Steuerung angekoppelt werden. So ist das gesamte Funknetzwerk mit lediglich einer Modbus-Slave-Adresse repräsentiert und Sensor-/Aktor-Informationen lassen sich einfach lesen und schreiben. Die Datenrate der Radioline zugrunde liegenden Technologie Trusted Wireless 2.0 kann variabel von 16-500 kBit/s eingestellt werden. Dadurch erhöht sich die Empfängerempfindlichkeit und es lassen sich Distanzen bis 5.000 m überbrücken. Zudem werden die unterschiedlichen Anforderungen bei der I/O- und seriellen Datenübertragung optimal erfüllt.
Sichere Datenübertragung
Die umsetzbaren Netzwerkstrukturen passen sich ebenfalls flexibel an die jeweiligen Gegebenheiten der Anlage an. Radioline unterstützt Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ebenso wie Linien, Sterne oder selbstheilende Mesh-Netzwerke. Im letztgenannten Fall überwacht jeder Repeater/Slave im Mesh-Netz die Verbindung zum Funk-Master. Sobald er feststellt, dass die Kommunikation gestört ist, beginnt er sofort mit der Suche nach weiteren Teilnehmern im Netzwerk, mit deren Hilfe wieder eine Verbindung zum Master aufgebaut werden kann. Die Zeit, die zur Initiierung eines alternatives Pfades benötigt wird, liegt typischerweise unter einer Sekunde.
Der Einsatz des Frequenz-Hopping-Verfahrens FHSS im 2,4-GHz-Band trägt auch zu einer störsicheren Datenübertragung bei. Dabei durchspringt der Sender kontinuierlich eine Frequenzgruppe. Insgesamt stehen hierfür acht Frequenzgruppen zur Verfügung, wobei keine Frequenz mehrfach verwendet wird, sodass sich gegenseitige Störungen ausschließen. Darüber hinaus bestimmt ein pseudozufälliges Sprungmuster die Reihenfolge der jeweiligen Frequenznutzung. Handelt es sich um individuelle Netze, kann der Anwender mit Hilfe eines Konfigurationsspeichers ein weltweit einmaliges Sprungmuster erstellen. Neben der Koexistenz zu anderen Radioline-Systemen verhindern die Maßnahmen eine Beeinflussung fremder im 2,4-GHz-Band funkender Systeme auf Basis von Bluetooth, WLAN oder Wireless Hart. In Ergänzung zum beschriebenen Frequenz-Hopping-Verfahren lassen sich über das Blacklisting maximal zwei WLAN-Kanäle ausblenden, die nicht weiter verwendet werden können. Somit wird eine gegenseitige Störung sicher vermieden.
Die Radioline-Module beinhalten ferner Funktionen, die vor einer externen Manipulation der Daten schützen. Zu diesem Zweck wird jedes Datenpaket mit einer fortlaufenden Sequenznummer versehen, mit der sich jeder Sender eindeutig identifiziert. Außerdem können die Daten bei der Übertragung mit einem AES-Mechanismus verschlüsselt werden, was ihr Abhören unmöglich macht.

Fazit
Das Radioline-System von Phoenix Contact vereint die Vorteile verschiedener Funktechnologien in einer Gerätefamilie und bietet damit eine sichere Funkkommunikation von I/O- und seriellen Daten in weit verteilten Anlagen. Dabei lässt sich das System einfach in Betrieb nehmen und passt sich flexibel an die jeweiligen Applikationsanforderungen an.
Aufbau ausgedehnter Funknetze
Mit dem neuen Radioline-System lassen sich maximal 250 Stationen über eine Entfernung bis 5.000 m zwischen den einzelnen Teilnehmern vernetzen. Da jeder Funkteilnehmer als Repeater für die nachgelagerten Stationen fungieren kann, beträgt die Gesamtausdehnung ein Vielfaches des genannten Werts. Die Netzwerkstruktur reicht dabei von einfachen Punkt-zu-Punkt- über Stern-Verbindungen bis zu selbstheilenden Mesh-Netzen. Beste Kooexistenz-Eigenschaften erzielt die zugrunde liegende Technologie Trusted Wire­less 2.0 durch Verwendung des Frequenz-Hopping-Verfahrens FHSS im lizenzfreien 2,4-GHz-ISM-Band. Darüber hinaus können mit dem integrierten Blacklisting maximal zwei Wireless-Kanäle ausgeblendet werden, sodass eine gegenseitige Beeinflussung von parallel funkenden Systemen ausgeschlossen ist.
Sollen Sensor-/Aktor-Informationen übertragen werden, ergänzt der Anwender das Funkgerät einfach um entsprechende I/O-Module. Zur Inbetriebnahme werden die Funkstationen über ein eingebautes Rändelrad adressiert, das auch die I/O-Informationen an die korrespondierenden Module im Netz verteilt.