Drahtlose Konnektivität

Im Laufe der Zeit haben sich viele Wireless-Technologien entwickelt,  flexible Verbindungen für Anwendungen in industriellen Netzwerken und Prozesssteuerungen unterstützen, mit einer Bandbreite von Potenzialen von Echtzeitlösungen basierend auf Hardware bis zu kostengünstigen Lösungen. In der Vergangenheit haben Bedenken bezüglich Sicherheit und Zuverlässigkeit der drahtlosen Kommunikationstechnologien  ihren Einsatz im industriellen Bereich eingeschränkt. Aber mehr und mehr können die neuesten Technologien stabile, zuverlässige und sichere industrielle Drahtlossysteme einschließlich Ethernet-basierter drahtloser LAN-Lösungen unterstützen.

Die Nutzung industrieller Drahtloskommunikation öffnet nunmehr viele neue Möglichkeiten für hoch flexible und effiziente Automatisierungslösungen. Vorteile gibt es viele,  nicht zuletzt die Einsparung bei den Installationskosten für die Verkabelung eines Kabelnetzwerks – besonders über große Entfernungen. Zusätzlich gibt es einen Degressionseffekt durch das einfachere Hinzufügen von Knotenpunkten, Betriebskosteneinsparungen bei besserer und schnellerer Überwachung plus potenziell weit sichererem Betrieb in  Gefahrenbereichen, in denen es früher erforderlich war, dass ein Bediener beispielsweise etwas ablas oder ein Ventil betätigte.

Die Bandbreite der Drahtlosfrequenzen und Protokolle, die für Prozessautomatisierung verfügbar sind, gekoppelt mit den verschiedenen Leistungsanforderungen bis hin zu harten Echtzeit-Reaktionen, führte zu einer fragmentierten Industrie. Es gibt eine Reihe nicht lizenzierter Frequenzen, mit Abweichungen von den Sub-1GHz-Varianten in verschiedenen Teilen der Welt – die 915-MHz-Frequenz in den amerikanischen Ländern, 868 MHz  in Europa und 920 MHz in Japan – bis zur einheitlichen 2.4-GHz-ISM(Industrial, Scientific and Medical)-Frequenz.In Reaktion zu den Forderungen nach bedeutend höheren Datenmengen und größeren Netzwerkpotenzialen zeitigt die Industrielle Wireless LAN (IWLAN) Technologie ein schnelles Wachstum im Bereich der industriellen Automatisierung.

Die Technologie ist ebenfalls für anspruchsvolle Anwendungen, die von einem zum anderen Ende zuverlässige und sichere Radiowellenkommunikation erfordern, besonders gut geeignet. IWLAN ist eine Erweiterung der IEEE 802.11a/b/g und n Normen und bieten Bandbreiten ab 54-Mbit/s bis zu potenziell Hunderten von Mbit/s. Zusätzlich zu höheren Datenraten als bei anderen Drahtlossystemen, die Anwendungen wie, zum Beispiel, Video Streaming  ermöglichen, ermöglicht das System auch Datenübertragungen mit anderen mobilen Geräten und damit signifikant verbesserte Prozesseffizienz. Die Technologie ist ebenfalls für anspruchsvolle Anwendungen, die von einem

Ende zum anderen zuverlässige und sichere Radiowellenkommunikation erfordern, besonders gut geeignet. Vorhandene Ethernet-Netzwerke können um bis zu 96 Zugangspunkte aufgerüstet werden, ohne dass irgendwelche Änderungen an der Netzwerkstruktur vorgenommen werden müssen, was vollkommen neue Möglichkeiten eröffnet, wie etwa der Einsatz von Voice-over-IP, Video oder Internetzugang in einem einzigen Wireless-Netzwerk. Verschiedene Dienste, Sicherheitsanforderungen und Zugangskriterien können daher zuverlässig verwaltet werden, sodass alle das gleiche Wireless Netzwerk nutzen können.

Ein führender Anbieter von IWLAN-Drahtloskommunikation ist Siemens, die auch eine Reihe von Geräten für Wireless Fernnetzwerke oder Lösungen die auf WirelessHART basieren anbieten. Alle diese Angebote sind den Einsatz in Räumen und im Freien unter schwersten Bedingungen geeignet und bieten gleichzeitig Zuverlässigkeit, Robustheit und Sicherheit. Die SCALANCE W Serie des Unternehmens für Ethernet Netzwerkkomponenten umfassen Zugangspunkte, Client-Module und vielfältiges Zubehör wie Antennen und Stromversorgungseinheiten. Beispielsweise ermöglicht die SCALANCE W786-2RR-Zugangspunkt-Einheit den Aufbau sehr zuverlässiger Netzwerke mit Genehmigung in den lizenzfreien ISM-Frequenzen mit entweder 2,4 GHz oder 5 GHz. Siemens bietet vielfältige Industrieanwendungen im IWLAN-Bereich, so wie Kransteuerung und automatisierte Fahrzeugführungssysteme in einem Container-Terminal

Bluetooth ist natürlich als eine drahtlose Datentechnologie im Konsumbereich sehr bekannt, gewinnt aber auch in der Industrie zunehmend an Zugkraft. Es bietet mehrere Megabit pro Sekunde Datenübertragungsleistung und arbeitet wie IWLAN auf der 2,4-GHz-ISM-Frequenz. Es bietet zuverlässige Drahtloskommunikation mit Automatisierungskomponenten und ist ebenfalls schnell und einfach zu  implementieren. Verschiedene Vorteile der Technologie sind: einfache und sichere Installation, dank größtenteils automatischer Konfiguration; extrem zuverlässige und robuste Datenübertragung, bedingt durch redundante Übertragungskanäle und integrierter Versatzkompensation; störungsfreier Parallelbetrieb mehrerer Bluetooth-Wirelesspfade oder Bluetooth-Wirelesspfade und WLAN-Systeme,  durch effiziente Nutzung von Frequenzabständen; und letztlich eine Übertragungsreichweite von potenziell mehreren Hundert Metern. Ein wichtiger Anbieter von Bluetooth-basierten Vorrichtungen für die Industrie ist Pheonix Contact, der Produkte wie die PSI-Serie von Bluetoothkonvertern anbietet, welche die seriellen RS-232-, RS-422- und RS-485-Schnittstellen nach Bluetooth konvertieren, wodurch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder Mehrpunktverbindungen ermöglicht werden. Ein weiterer Nutzen besteht als Zugangspunkt für Bluetooth-fähige Geräte wie  Notebooks oder andere intelligente tragbare Geräte, um den Betriebszustand abzurufen oder Programmierungen oder Diagnosen durchzuführen.

Lösungen mit niedriger Latenz können wesentlich für solche Anwendungen sein, die harte Echtzeitfähigkeiten erfordern, wie die Überwachung kritischer Prozesse. Wireless-Versionen  von Feldbus-basierten Protokollen wie WirelessHART – eine drahtlose Peer-zu-Peer-Netzwerktechnologie, die das Highway Addressable Remote Transducer Protocol (HART) um Wirelessfähigkeiten ergänzt – bieten  eine Möglichkeit, Echtzeitleistung auf flexiblere Weise mit Wireless-Anknüpfungspunkten zu bewerkstelligen. Obwohl es auf der populären nicht lizenzierten Frequenz von 2,4 GHz basiert, die auch von anderen Technologien verwendet wird – wie WiFi oder Bluetooth oder auch ZigBee –, verfügt es dennoch über einen Übertragungs- und Störschutz, um sicherzustellen, dass jedes Informationspaket innerhalb einer  bestimmten Zeit zugestellt wird. Das Protokoll setzt Nutzer in die Lage schnell und einfach die Vorteile der Wireless-Technologie zu nutzen und gleichzeitig die Kompatibilität mit bestehenden HART-Geräten, -Werkzeugen und -Systemen zu wahren.

Das WirelessHART-Protokoll ist ein offener Standard, ausgelegt für Vorrichtungen wie Sensoren, die über die 4-20-mA-Analogschleife verbunden sind. Sie bietet eine Datenrate von 250 kbps. Es Nutzt eine Zeit-synchronisierte, selbstorganisierte und selbstheilende Gitterarchitektur, beinhaltet mehrere Potenziale und bietet eine  eingebaute 99,9%ige durchgehende Zuverlässigkeit in allen industriellen Umfeldern, wie etwa Zappen zur Vermeidung von Interferenzen und Koexistenz mit anderen Wireless-Netzwerken. Clear Channel Assessment prüft auf verfügbare Kanäle, Blacklisting hingegen meidet häufig  genutzte Funkkanäle, wodurch die Bandbreite und Sendezeit optimiert werden. Zeitsynchronisation bietet pünktliche Benachrichtigung für die zeitkritischen Verbindungen zur Schnittstelle, und die selbst-heilende Netzwerktechnologie bedeutet, dass Unterbrechungen oder Fehlfunktionen keine  Auswirkungen auf die Datenübertragung haben. Jedes Gerät im Gitternetzwerk kann als Router für Meldungen von anderen Geräten fungieren. Dies bedeutet, dass ein Gerät nicht direkt mit einem Gateway kommunizieren muss, sondern seine Information zum  nächstgelegenen Gerät weiterleiten kann. Hierdurch wird die Reichweite des Netzwerks enorm erweitert und es gibt redundante Kommunikationsrouten für eine verbesserte Zuverlässigkeit.

Sicherheit ist ebenfalls ein wesentlicher Aspekt bei einem Industrienetzwerk. Hierfür nutzt WirelessHART Sicherheitstechniken des höchsten verfügbaren Schutzes mittels 128bit-AES-Verschlüsselung und eines individuellen Verschlüsselungscodes für jede einzelne Nachrichtenübertragung und auch Geräte-Authentifizierung. Und zum Schluss: bei RS gibt es eine Reihe von Wireless-Produkten wie Druckschalter von Schneider Electric, Wireless-Schalter von Firmen wie Honeywell und Steute und Wireless-LAN-Zugangspunkt-Produkte von Pheonix Contact. Dazu kommen nagelneue Wireless-Industriesensoren von JUMO, wie deren Temperatursonde Wtrans-Transmitter RTD (Widerstandstemperaturfühler). Der Wtrans-Transmitter ist auf die Nutzung mit einem Wtrans-Empfänger für die mobile oder stationäre Messung von Temperaturen in einem Betriebsbereich von –30 bis +260 °C oder  –200 bis +600 °C ausgelegt. Die Übertragungselektronik der Sonde ist vibrationssicher und das Gehäuse ist sowohl öl- als auch säurebeständig. Die Radiofrequenzen des Wtrans-Messsystems  (868,4 MHz für Europa oder 915 MHz für die USA) sind weitgehend undurchdringlich für externe Störeinflüsse und ermöglichen die Übertragung selbst in einem schwierigen industriellen Umfeld.