Drahtlos gut verbunden

Industrielektronik

Datenübertragung – Weitläufige Anlagen oder Systeme an abgelegenen Standorten erfordern eine aufwendige Steuer- und Bedienungstechnologie. Die funkbasierte Übertragung von Steuerungs- und Prozessdaten ermöglicht eine kostengünstige, sichere und flexible Prozesskontrolle.

31. August 2011

Ein wenig beachtetes Einsatzgebiet der Industrieelektronik sind öffentliche Infrastruktureinrichtungen wie Wasserwerke und Kläranlagen: So ermöglicht zum Beispiel beim Abwasser-Zweckverband Betzdorf-Kirchen-Daaden im Siegerland moderne Industrie-Funktechnologie die Kontrolle der Brunnen, Hochbehälter, Schächte und Regenüberlaufbecken auch an abgelegenen Standorten. Dabei erfassen drahtlose I/O-Module des Prozesstechnikspezialisten Wachendorff aus Geisenheim im Rheingau die Prozesssignale vor Ort und leiten sie per Funk an die Zentrale weiter.

Viele Vorteile

»Wenn Prozessdaten über Wegstrecken von mehr als 50 Metern übertragen werden müssen, sind Wireless-Systeme meist kostengünstiger als kabelgebundene Lösungen«, sagt dazu Ruud Vertommen, Technischer Berater für Wireless-Lösungen bei dem Bremer Elektronik-Distributor Distrelec Schuricht. Der Katalogdistributor für elektronische Bauelemente, Industrieautomation, Messtechnik, Arbeitsplatzausstattung und industrielle IT führt ein umfassendes Produktspektrum für die drahtlose Übertragung von Steuerungs- und Prozessdaten, darunter auch Wireless-Plug-and-Play-Systeme, WLAN-Geräte und entsprechendes Zubehör von Wachendorff. Die Datenübertragung erfolgt über die Frequenzen 869 MHz (Radiofunk/ISM-Band) und 2,4 GHz (WLAN) und funktioniert deshalb auch dann noch zuverlässig, wenn die Mobilfunknetze überlastet sind. Ein großer Vorteil der Wireless-Technologie ist auch ihre Flexibilität. So ist beim Einsatz von Kabeln deren Anzahl sowie die Adernzahl beschränkt. Ein Wireless-System kann dagegen mit geringem Aufwand jederzeit auf- oder umgerüstet werden. In der Regel genügt es dazu, die Geräte mittels Software umzuparametrieren und die neuen Einstellungen danach drahtlos auf das System zu übertragen.

Mit Funktechnologie lassen sich im freien Feld – also mit Sichtverbindung – Entfernungen bis zu 40 Kilometer überbrücken. Die topographischen Verhältnisse eines Geländes, wie etwa Gebäude, Straßen oder Flüsse, stellen für die Funkübertragung kein grundsätzliches Hindernis dar: Sie verkürzen lediglich die Reichweite, was jedoch bei der Auslegung des Systems entsprechend berücksichtigt werden kann.

Entscheidend für den optimalen Einsatz der Wireless-Technologie ist jedoch die Kenntnis des Zusammenhangs zwischen Sendefrequenz, Reichweite und zu übertragender Datenmenge: So reichen niedrigere Frequenzen zwar über weitere Distanzen, jedoch sinkt mit der Frequenz auch die Bandbreite, erklärt Matthias Holzhausen, Produktmanager Wireless bei Wachendorff, und empfiehlt: »Wer Daten per Funk übertragen will, muss also genau wissen, wie viele Signale er wie oft über welche Distanzen senden will.«

Die üblichen Kenngrößen für Wireless-Netzwerke sind Frequenz und Sendeleistung. Dabei ist die effektiv abgestrahlte Energie abhängig von Gerät, Antenne und den Verlusten im System. Die in Deutschland lizenzfreie Frequenz 869 Megahertz bei einer Sendeleistung bis maximal 500 Milliwatt ermöglicht eine Reichweite von drei bis fünf Kilometern, wenn zwischen Sender und Empfänger eine Sichtverbindung besteht. Hindernisse wie Wälder, Gebäude und ähnliches verkürzen die Reichweite. Darüber hinaus müssen Schnittstellen, Protokolle, Datenmenge und -art bedacht werden. Die Wireless-Spezialisten von Wachendorff vermitteln deshalb das erforderliche Wireless-Basiswissen in Seminaren und Workshops und schulen den Außendienst entsprechend.

Die Wireless I/O-Geräte von Wachendorff arbeiten funkseitig mit dem WIB-Proto-koll (Wireless Information Backbone) und ermöglichen die Erfassung der Anlagensignale ebenso wie die Steuerung der Anlage. Sie übertragen sowohl analoge wie auch digitale Signale von Thermoelementen, Temperaturwiderständen und Zählern und erlauben das Setzen von Grenzwerten und die Schaltung von Alarmmeldungen.

Die Anbindung von Wireless I/O-Geräten an Steuerungen, Bediengeräte, lokale Netzwerke oder Scada-Systeme ermöglichen Gateways, die funkseitig ebenfalls mit dem WIB-Protokoll arbeiten und die Funkdaten auf übliche Feldprotokolle wie Profibus, DeviceNet, Modbus oder TCP/IP umsetzen. Wireless Modems übertragen die Daten schnell und flexibel über die seriellen Schnittstellen RS232, RS422 oder RS485 und ermöglichen zudem die Übertragung von Profibus-Signalen.

Maßgeschneiderte Lösungen

Für Standardanwendungen bietet der Katalog von Distrelec Schuricht beispielsweise eine vorkonfigurierte Plug-and-Play-Gerätegruppe aus Sender, Empfänger und Antenne, die eine Übertragung von zwei digitalen, einem analogen und einem Temperaturwert ermöglicht. Ein typisches Einsatzgebiet ist beispielsweise die Tanküberwachung. Umfangreichere Projekte müssen dagegen sorgfältig geplant werden. Für solche Zwecke stellt Wachendorff eine Projektierungssoftware kostenlos zum Download zur Verfügung, mit der sich in kurzer Zeit ein Wireless-Netzwerk entwerfen und auf die Geräte übertragen lässt. Bei komplexeren Aufgaben ist jedoch eine Ortsbegehung und Vorausberechnung durch Wireless-Experten unbedingt zu empfehlen.

Entscheidend für einen sicheren Betrieb und die Gesamtleistung des Funknetzwerks ist jedoch eine sorgfältige Projektierung und Auswahl der Geräte. So ist die Auslegung der Antennen maßgeblich für die sichere Übertragung der Daten auch bei schlechten Witterungsbedingungen wie Schnee oder Starkregen. Die redundante Übertragung der Daten mit Handshake – also der Synchronisierung der Systeme nach jedem Übertragungsvorgang durch Quittungssignale – ist ebenfalls eine wichtige Voraussetzung für die störungsfreie Funktion. Schutz vor unbefugtem Zugriff gewährleisten etablierte Verschlüsselungsstandards, wie beispielsweise WEP, WPA oder WPA2. Zusätzlich können die Geräte durch eine 128-BIT-AES-Verschlüsselung nach Militärstandard vor dem Fremdzugriff auf die übertragenen Daten geschützt werden. Damit ist auch die Verwendung auf Flughäfen möglich.

Erschienen in Ausgabe: 06/2011