Zuverlässige Funkübertragung mit „Trusted Wireless" – Robuste Mesh-Netzwerke mit großer Reichweite schaffen mehr Flexibilität zur Erweiterung und Optimierung von Anlagen. 

In der Prozessindustrie sind hohe Installationskosten, unflexible Verdrahtungen sowie eine Verbesserung der Mobilität nur einige Gründe, die für eine funkbasierte Datenübertragung sprechen. Mit einer robusten und zuverlässigen Funktechnologie lassen sich prozesstechnische Anlagen außerdem einfach erweitern und optimieren.

Funktechnik neben den bekannten Vorzügen wie der Kosten- und Zeitersparnis durch den Wegfall der Kabelverlegung oder der Erhöhung der Mobilität weitere Vorteile.

So ist eine Trennung zwischen Ex- und Nicht- Ex-Bereich nicht mehr notwendig, da beide bereits durch die Funkstrecke separiert werden. Anlagenstörungen durch Potentialunterschiede stellen aufgrund der systembedingten galvanischen Trennung ebenfalls kein Problem mehr dar.

Störungsfreier Parallelbetrieb

In Applikation der Prozessindustrie sind Sensoren und Stellglieder oft über mehrere hundert Meter bis einige Kilometer verteilt.

Deshalb erweist sich die Verlegung der Kabel im Außenbereich häufig als zeitaufwändig und teuer, wobei Umweltbedingungen wie Kälte, Regen, Schmutz oder korrosive Umgebungen zu beachten sind, die zu Schäden an den Leitungen führen können.

Um die Installations- und Wartungskosten zu reduzieren sowie vorhandene Anlagen zu erweitern und zu optimieren, bietet Phoenix Contact mit der Produktfamilie RAD-Line Wireless robuste und zuverlässige Funkmodule für die analoge, digitale und serielle Datenübertragung an.

Die RAD-Line Wireless-Funkmodule arbeiten mit der Trusted Wireless- Funktechnologie, die speziell für industrielle Anwendungen entwickelt wurde.

Die geforderte Robustheit und Zuverlässigkeit wird durch die Nutzung des FHSS-Frequenzsprungverfahrens (Frequency Hopping Spread Spectrum) erreicht, das die Sendefrequenz im lizenzfreien 2,4GHz-ISMFrequenzband permanent wechselt.

In vielen Anwendungen müssen mehrere Funkstrecken störungsfrei parallel betrieben werden.

Da die Trusted Wireless-Technologie aufgrund der Verwendung von FHSS sowie eines effizienten schmalbandigen Protokolls stets einen Kommunikationskanal findet, lassen sich bis zu einige hundert Funksysteme gleichzeitig in räumlicher Nähe installieren, die sich gegenseitig nicht stören.

Überbrückung großer Reichweiten

Um die Daten über lange Strecken zu übertragen, nutzen die RAD-Line Wireless-Geräte eine applikationsorientierte Übertragungszeit. Je langsamer die Übertragung auf der Luftschnittstelle, desto höher ist die Energie pro Bit und umso größer die Reichweite.

Hier berücksichtigt die Trusted Wireless- Technologie die Anforderungen der Prozesstechnik mit einer Zykluszeit von beispielsweise 27 ms, in der zu einer neuen Sendefrequenz gewechselt wird.

Außerdem wird unnötiger Protokoll-Overhead vermieden, was eine geringere Datenmenge bedeutet. Der Einsatz getrennter Hochfrequenz- Schaltungsteile führt darüber hinaus zu einer hohen Empfängerempfindlichkeit, die im Vergleich zu Standard-Bluetooth-Empfängern um etwa 30 dB höher liegt.

Einfach handhabbare IP65-Lösung

Mit dem unidirektionalen IP65-Outdoor- Funkmodul „Europipe" aus der Produktfamilie RAD-Line IO lassen sich zwei digitale sowie ein analoges 4-20mA-Signal sicher über eine Distanz von bis zu 3 km übertragen (Abb. 1). So werden Füllstandspegel oder Schaltzustände direkt von entlegenen Stationen an die Leitstelle übermittelt.

Die Outdoor-Module, die ohne zusätzlichen Schaltschrank direkt im Freien montierbar sind, können mit weiteren Produkten des RAD-Line IOProgramms installiert und in Betrieb genommen werden.

Im Anschluss an die Verdrahtung mit M12-Anschlusstechnik muss der Anwender sie lediglich einschalten, um eine stabile Funkverbindung aufzubauen. Eine Programmierung oder Parametrierung ist nicht erforderlich. Die Funkkomponenten können mit einer 230 VAC- oder 24 VDCSpannungsversorgung ausgestattet werden.

Die 24 VDC-Variante wird bevorzugt zum Aufbau eines autarken Systems verwendet, da sich die Geräte mit einer Batterie oder einem Solarsystem betreiben lassen. Neben einer einfachen Punkt-zu-Punkt- ist eine Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung realisierbar.

Funkabdeckung ausgedehnter Anlagen Prozesstechnische Anlagen werden immer komplexer und dehnen sich über größere Flächen aus. Mit einem umfangreicheren Funknetzwerk können mehr E/A-Daten eingesammelt, größere Reichweiten überbrückt, Hindernisse umgangen sowie mehr Teilnehmer eingebunden werden.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden Funkmodule entwickelt, die eine „Mesh"-Netzwerkstruktur erlauben.

Die RAD-Line Serial-Module von Phoenix Contact stellen eine solche vermaschte Struktur zur Verfügung, in der ein Master das Netzwerk mit bis zu 254 Repeatern respektive Slaves im Feld kontrolliert.

Repeater/ Slaves, die den Anschluss von E/AKomponenten oder seriellen Endgeräten ermöglichen, fungieren gleichzeitig als „Verstärker", der Daten an zusätzliche Funkmodule weiterleitet.

Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Baum- oder Pipelinestrukturen umsetzen. Indem man mehrere Funkmodule hintereinander schaltet, können größere Reichweiten oder Hindernisse wie Gebäude, Tankanlagen oder Rohrleitungen überwunden werden.

Selbstorganisiertes Netzwerk

Im industriellen Umfeld ist eine hohe Verfügbarkeit der Anlage von großer Bedeutung. Wird ein Funknetzwerk so geplant, dass sich mehrere Funkmodule mit Repeater-Funktion innerhalb der Reichweite eines defekten Funkmoduls befinden, lässt sich eine weitere Eigenschaft der Mesh-Netzwerke nutzen.

Durch die selbstheilende „Roaming"-Funktion der Module organisiert sich das Netzwerk eigenständig (Abb. 2).

Ist beispielsweise die Funkverbindung zu einem Teilnehmer im Netzwerk unterbrochen, wird kurzfristig über ein anderes Funkmodule eine neue Verbindung zum Master aufgebaut. Das drahtlose Netzwerk kann außerdem einfach und flexibel um weitere Wireless-Komponenten erweitert werden.

Serielle Datenübertragung

Die RAD-Line Serial-Produkfamilie bietet die Möglichkeit der Vernetzung serieller Endgeräte über die RS232-, RS422- oder RS485-Schnittstelle.

Aufgrund der transparenten Datenübertragung können Feldbussysteme wie Modbus mit maximal 115,2 kBit/s oder Profibus mit einer maximalen Datenrate von 93,75 kBit/s weitergeleitet werden. Typischerweise lassen sich Strecken von 2 km zwischen zwei Funkmodulen überbrücken.

Analoge und digitale Signalübertragung

Neben seriellen Schnittstellen können über die RAD-Line Seriell-Geräte „DATA-BD-BUS" analoge und digitale Signale in einem Mesh-Netzwerk übertragen werden (Abb. 3).

Zu diesem Zweck werden die Funkmodule als Modbus-Slave mit eigener Modbus-Adresse konfiguriert, während der Funk-Master über die serielle RS485-Schnittstelle mit der Steuerung kommuniziert, die als Modbus-Master dient.

Die Ein- und Ausgangsdaten aller angeschlossenen Slave-Funkmodule können somit von der Steuerung gelesen und geschrieben werden.

Die E/AModule sind über einen Busfuß mit dem Funkmodul verbunden, über den der Datenaustausch sowie die Spannungsversorgung der Ein- und Ausgabegeräte erfolgt.

Der kompakte Aufbau der Station reduziert den Verdrahtungsaufwand weiter. Jörg Brasas, Produktmarketing Interface, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

Zuverlässige Funksysteme für Prozess- und Infrastrukturanlagen Phoenix Contact setzt die robuste und zuverlässige Funktechnologie Trusted Wireless ein, um insbesondere in Prozess- und Infrastrukturanlagen wenige Daten zyklisch über große Entfernungen zu übertragen.

Mit den RAD-Line IO-Modulen lassen sich dabei digitale Schaltsignale (5-30 V) sowie analoge Sensorsignale (4-20 mA) aufnehmen und weiterleiten.

Die Produktlinie ist als uni- und bidirektionales System erhältlich, wobei die unidirektionale Variante eine Outdoor- Version im IP65-Gehäuse bietet. Neben der Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Multipunkt- Verbindung sorgen Repeater für die Überbrückung von Hindernisse oder längeren Strecken (Abb.4).

Die RAD-Line Seriell-Produktfamilie erlaubt die Übertragung serieller Daten über die RS232-, RS422- oder RS485-Schnittstelle sowie von analogen und digitalen Signalen in einem vermaschten „Mesh"-Netzwerk.

In dem Netzwerk, das aus einem Master und bis zu 254 Slaves besteht, kann jedes Slave-Modul auch als Repeater arbeiten.

Die einfach handhabbaren Systemkomponenten sind gemäß den Richtlinien 94/9/EG (ATEX) sowie IECEx zertifiziert, so dass sie sich national und international in explosionsgefährdeten Bereichen (Zone 2) verwenden lassen.

Kontakt:
Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont
Tel.: 05281/946-0
Fax: 05281/946-3399
jbrasas@phoenixcontact.com

SPS/IPC/DRIVES: Halle 9, Stand 339
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Halle 6, Stand 124 (Phoenix Contact
Electronics als Unteraussteller bei
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