Es kann nicht nur einen geben
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Es kann nicht nur einen geben
18 wirelessHART www.polyscope.ch Industrie hat unterschiedliche Anforderungen an Fu n k l ö s u n g e n Es kann nicht nur einen geben Funkstandards haben sich im Heim- und Officebereich längst durchgesetzt. In der Industrie lassen sie sich nur selten nutzen. Dort sind Standards gefragt, die auf die Bedürfnisse von industriellen Anwendungen zugeschnitten sind. Doch unterschiedliche Anforderungen machen dies nicht einfach. Im Heim- und Officebereich haben sich drahtlose Technologien wie WLAN oder Bluetooth längst durchgesetzt. In industriellen Anwendungen finden hingegen noch immer grösstenteils kabelgebundene Lösungen Anwendung. Und das, obwohl sich Engineering, Installation und Anlagenwartung mit Automatisierungslösungen durch drahtlose Systeme vereinfachen und somit die Kosten für die Anlagenbauer und Betreiber senken liessen. «Dass sich drahtlose Systeme in der industriellen Automatisierung noch nicht in einem ähnlichen Mass wie im Heim- und Officebereich durchgesetzt haben, liegt hauptsächlich an den unterschiedlichen Anforderungen», erklärt Lutz Rauchhaupt, Leiter Drahtlose Industrielle Kommunikation am Institut für Automation und Kommunikation (ifak), Magdeburg, Deutschland. Während im Heim- und Officebereich der Komfort im Vordergrund steht, kommt es in industriellen Anwendungen viel mehr auf hohe Verfügbarkeit, Robustheit und Sicherheit an. WLAN findet in der Industrie schon Verwendung Nichtsdestotrotz lassen sich die im Heim- und Officebereich etablierten Technologien auch für einzelne Anwendungen in der Industrie nutzen. «WLAN ist hierfür ein gutes Beispiel», sagt Jan Krückel, Applikationsingenieur und WISA-Spezialist bei ABB Schweiz. WLAN findet in der Industrie beispielsweise dort Verwendung, wo man zwischen wenigen Teilnehmern wie Maschinen und Steuerungen eher grosse Datenpakete innerhalb eines grösseren Zeitfensters übertragen muss oder viele zeitunkritische Teilnehmer wie Scanner mit einem Produktionssteuerungssystem kommunizieren müssen. «Der Einsatz von WLAN als Automationslösung stösst allerdings schnell an seine Grenzen», sagt Krückel. «Für Anwendungen, Mit dem Remote Service für Roboter bietet ABB ihren Kunden ein umfassendes Analyse- und Überwachungspaket für die Produktionsanlage die in räumlicher Nähe unabhängige WLANNetze im Parallelbetrieb auf dem gleichen Frequenzband erfordern, z. B. eins für den flächendeckenden Internetzugang, eins für Fördertechnik und mehrere für die schnellen unterlagerten Steuerungen in einzelnen unabhängigen Anlagenteilen, ist WLAN leider völlig ungeeignet.» ZigBee spielt in der Industrie momentan keine Rolle Auch die Mobilfunksysteme GSM/GPRS eignen sich nur bedingt für den Einsatz als industrielle Automationslösung. Für die Überbrückung grosser Entfernungen, wie die Fernüberwachung von Anlagen in Energieoder Abwasserstationen, wird die Technologie aber bereits erfolgreich eingesetzt. Auch für die Fernüberwachung von Maschinen oder die Kopplung von Steuerungen über sehr grosse Entfernungen ist GSM/GPRS geeignet. «Zur Automatisierung innerhalb kleinerer Anlagen mit schneller Kommunikation zu sehr vielen Teilnehmern und höheren Zuverlässigkeitsanforderungen lässt sich diese Technologie jedoch nicht sinnvoll nutzen», erklärt Krückel. Die ebenfalls aus dem Heim- und Officebereich bekannten Technologien Bluetooth und ZigBee spielen in der industriellen Automation hingegen so gut wie keine Rolle. Sie lassen sich nur dort einsetzen, wo Reichweite nicht von primärer Bedeutung ist. Entsprechend den Anwendungen in der Konsumerwelt eignet sich Bluetooth insbesondere für einzelne Kommunikationsverbindungen zu Peripheriegeräten, z.B. zur Fernbedienung über ein Panel oder zur gezielten DatenüberPolyscope 7/11 19 wirelessHART tragung von einem PC in eine Steuerung oder einen Antrieb. «ZigBee spielt momentan in der Industrieautomatisierung von Anlagen und Produktionszellen überhaupt keine Rolle», sagt Krückel, «lässt sich aber z.B. bei der Verbindung von unkritischen Sensoren in der Infrastruktur (Gebäude) oder zur Betriebsmittelüberwachung (Asset Management, Zähler) einsetzen, da es, verglichen mit Bluetooth und WLAN, einen deutlich geringeren Energieverbrauch bietet und so teilweise für Batterieanwendungen in Betracht gezogen wird.» Für die Funkinstallation mit WISA sind Funkmodul, Basisstation mit Feldbusanschluss und Antennenpaar mit den entsprechenden Kabeln nötig Es sind spezielle industriegeeignete Technologien und Standards nötig Mit den aus dem Heim- und Officebereich bekannten Funktechnologien lassen sich zwar bestimmte Teile der Produktion optimieren. Für kritischere Anwendungen mit höheren Anforderungen an z. B. Robustheit, Reichweite oder Zeitverhalten sind allerdings spezielle industriegeeignete Technologien und Standards nötig. Diese werden in der Regel durch Nutzung der bewährten Physik- und Funkprinzipien der Heim- und Officewelt realisiert und um spezielle Anpassungen z. B. zur Robustheit und zum effizienten Zugriff auf die Funkschnittstelle (z. B. für kleinste Datenpakete, viele Teilnehmer) sowie bei den Telegramminhalten erweitert. Selbstheilendes WirelessHART Als erster wirklicher industrieller Funkstandard wurde WirelessHART eingeführt. Er wurde speziell für Anwendungen in der Prozessautomatisierung entwickelt, wo er sich bereits gut etabliert hat und in einer Vielzahl sehr unterschiedlicher Anwendungen erfolgreich eingesetzt und durch viele Hersteller unterstützt wird. Seit April 2010 ist er auch bei der International Electrotechnical Commission als industrieller Funkstandard gelistet. WirelessHART basiert auf dem HARTKommunikationsprotokoll für Feldgeräte und ist einsetzbar für Anwendungen mit vielen Teilnehmern und über eine Maschenstruktur (Weitergabe von Telegrammen) auch geeignet für grössere Entfernungen bis in den Kilometerbereich. Ziele der Entwicklung waren auch ein minimierter Energiebedarf, Reaktionszeiten im Bereich von einigen Hundert Millisekunden bis einigen Sekunden (abhängig von Netzwerkstruktur und -grösse), die Übertragung mittlerer Datenpaketgrössen und eine deutlich verbesserte Zuverlässigkeit in industrieller Umgebung im Vergleich zu ZigBee. Der WirelessHART-Adapter von ABB ermöglicht z. B., die Vorteile drahtloser Sensor/ Aktor-Netzwerke auf Offshore-Plattformen zu Polyscope 7/11 nutzen, ohne Neuinstallationen aller Geräte vornehmen zu müssen. WISA für die Anbindung von Sensoren und Aktoren Der Funkstandard WISA ist das Pendant zu WirelessHART für die Fertigungsautomation und die erste industrielle Funktechnologie für die Anbindung von Sensoren und Aktoren. Im Vergleich zu WirelessHART liegt bei WISA die Anforderung bei drastisch kleineren Reaktionszeiten und der sehr viel höheren Gerätedichte. WISA erlaubt die echtzeitfähige Kommunikation, das heisst eine zuverlässige, robuste Signalübertragung im 10-ms-Bereich in Fertigungszellen oder Montagelinien über kürzere Entfernungen und für sehr kleine Datenpakete, wie in der Fertigungsautomation üblich. Erste WISAGeräte von ABB befinden sich seit 2004 im Produktionseinsatz, inzwischen auch in vielen kritischen Anwendungen und als Nachrüstung in älteren Maschinen. Einfacher Kabelersatz dank WISA Störanfällige Kabel und mechanische Schutzeinrichtungen wie Schleifringe, Kabelschlepp oder aufwendige Steckverbindungen können mithilfe von WISA ersetzt werden. Die Technologie bietet mit 2 ms als Funkzyklus für bis zu 120 Teilnehmer ein vergleichsweise deterministisches Antwortverhalten. Und das praktisch unabhängig von der Umgebung, die sich in der Fabrikautomation sehr schnell ändern kann, z. B. durch Werkzeugwechsel, Produktvarianten oder Umbauten an der Anlage. Ein weiterer Vorteil: WISA lässt sich ohne Störungen parallel zu sich selbst (viele parallele Systeme sind möglich) und zu Anwendungen mit WLAN, Bluetooth, ZigBee und WirelessHART einsetzen. Die WIOP-Module kann man Dr.-Ing. Lutz Rauchhaupt: «In der Industrie kommt es auf hohe Verfügbarkeit, Robustheit und Sicherheit an» z. B. zum einfachen Kabelersatz für Wechselwerkzeuge einsetzen. Vielfalt der Technologien macht Sinn Damit sich drahtlose Technologien nachhaltig auch in der Automatisierung durchsetzen, ist es wichtig, durch verschiedene spezielle industrielle Standards jeweils für den Einsatz der effizientesten und robustesten Technologien zu sorgen. Nur einen einzigen Standard für die Nutzung in allen industriellen Anwendungen nutzen zu wollen, ist aufgrund der verschiedenen Anforderungen technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll. « Infoservice ABB Schweiz AG Industrie- und Gebäudeautomation Brown Boveri Platz 3, 5400 Baden Tel. 058 586 07 17, Fax 058 586 06 03 [email protected] www.abb.ch/industrieautomation