Drahtlos in die Gießerei

Kommunikationstechnik

Funksysteme – Die wirtschaftliche Herstellung von Gusseisenkomponenten erfordert die Zufuhr von Sauerstoff beim Schmelzprozess. Die nötigen Sensordaten aus dem Sauerstofftank überträgt ein führender Gießereibetrieb drahtlos mit einem Funksystem von Phoenix Contact.

18. August 2015

Die auf das Jahr 1802 zurückgehende Georg Fischer AG mit Sitz in Schaffhausen in der Schweiz ist ein führender Hersteller von Rohrleitungssystemen aus Kunststoff und Metall, von Fräs- und Erodiermaschinen sowie von gegossenen Komponenten aus Aluminium, Magnesium und Eisen für den Fahrzeugbau. Die international tätige Automobil-Division GF Automotive beschäftigt rund 5.000 Mitarbeiter und erwirtschaftete 2014 einen Umsatz von mehr als 1,1 Milliarden Euro. Im größten Werk von GF Automotive in Singen in der Nähe des Bodensees verarbeiten rund 1.100 Mitarbeiter jährlich 200.000 Tonnen Eisen zu hochwertigen Bauteilen aus Kugelgraphitguss für PKW und Nutzfahrzeuge, darunter Längslenker, Radnaben, Schwenklager, Lenk- und Getriebegehäuse, Schaltgabeln oder Bremssättel. Zum Schmelzen des Eisens dient ein Langzeit-Heißwind-Kupolofen, der von oben mit Brennstoff (Koks), Metall (Roheisen, Kreislaufmaterial, Stahlschrott) und Schlackenbildner (Kalk) befüllt wird. Um den Brennstoffverbrauch zu reduzieren, bläst ein Gebläse ein Gemisch aus Heißwind und Sauerstoff über Düsen direkt in den Ofenschacht. Der dazu nötige Sauerstoff befindet sich in Tanks außerhalb der Gießerei in einer Distanz von etwa 50 bis 100 Meter zur Leitzentrale, wo der Füllstand, der Druck und die Temperatur des flüssigen Stauerstoffs überwacht werden.

Lösung ohne Leitung

Als ein Problem für die Gießtechnikspezialisten erwies sich jedoch die Übertragung der Signale der Messsonden an den Tanks zur Leitzentrale. So kam eine kabelgebundene Datenübertragung nicht in Frage, da die Förderbänder für die Kohlezufuhr nicht einfach abgebaut werden konnten. Auch die ursprünglich geplante Lösung mit einer lokalen Steuerung am Tanklager und deren Anbindung an die Leitzentrale über ein Ethernet-Kabel ließ sich nicht umsetzen, erinnert sich Dirk Jänchen, Leiter Zentrale Technik bei GF Automotive, und ergänzt: »Wegen des Aufwands, der bei der Kabelverlegung entstanden wäre, haben wir uns für eine funkbasierte Lösung auf Basis des Radioline-Systems von Phoenix Contact ausgesprochen.«

Das Portfolio des Unternehmens mit Zentrale im ostwestfälischen Blomberg umfasst seit mehr als zehn Jahren auch Wireless-Lösungen. Eine der neuesten Entwicklungen ist das Radioline-System, bestehend aus einem Funkmodul und derzeit sieben unterschiedlichen anreihbaren I/O-Stationen. Diese lassen sich um bis zu 32 I/O-Module erweitern, die im laufenden Betrieb installiert oder ausgewechselt werden können. Neben der Hot-Swap-Fähigkeit verfügen die Wireless-Komponenten über eine galvanische Kanal-zu-Kanal-Trennung.

Vielseitig einsetzbar

Die flexibel nutzbare Funklösung basiert auf der proprietären Funktechnologie Trusted Wireless 2.0, die speziell für den Austausch von Signalen in industriellen Infrastruktur-Anwendungen über große Entfernungen entwickelt wurde. Sie kann neben I/O-Signalen auch serielle Daten weiterleiten und schließt dabei die Lücke zwischen Wireless HART als Lösung für Sensornetzwerke in der Prozesstechnik und den in der Fabrikautomation etablierten Wireless-Standards Bluetooth und WLAN. Bei freier Sicht zwischen Sender und Empfänger lassen sich so Distanzen von einigen Hundert Metern bis zu mehreren Kilometern zwischen zwei Funkteilnehmern überbrücken.

Die im lizenzfreien 2,4-GHz- sowie im 868-MHz- und 900-MHz-Frequenzband arbeitende Technologie kombiniert hohe Robustheit und Zuverlässigkeit mit einer hohen Reichweite. Die Datenrate der Funkschnittstelle kann dabei optimal an die jeweilige Applikation angepasst werden, um die Empfangsempfindlichkeit zu erhöhen. So lassen sich bei einer niedrigen Datenrate wesentlich größere Entfernungen überbrücken als bei einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit. Dazu kommen gute Diagnosemöglichkeiten sowie die Koexistenz zu anderen im gleichen Frequenzband funkenden Systemen. Technik-Leiter Jänchen ist deshalb zufrieden: »Der Einsatz von Radioline erlaubt jetzt die kontinuierliche Aufzeichnung der Messwerte, sodass wir eventuelle Störfälle frühzeitig erkennen und sofort Gegenmaßnahmen ergreifen können.«

Einfache Installation

Die Installation und Inbetriebnahme des Funksystems erfolgt durch das sogenannte I/O-Mapping über Rändelräder direkt an den Modulen. Dazu muss der Anwender lediglich diejenigen Radioline-Geräte, die miteinander kommunizieren sollen, auf die gleiche Zahl einstellen. Auf diese Weise lassen sich die Signale von bis zu 250 Stationen ohne jegliche Software-Unterstützung zuweisen. Je nach Applikationsanforderung werden verschiedene Einstelloptionen angeboten. Dabei lassen sich beliebige Netzwerkstrukturen aufbauen, von der einfachen Punkt-zu-Punkt-Verbindung bis zu selbstheilenden Mesh-Netzwerken, um neben der I/O-Übertragung und dem Ersatz für die serielle Übertragung per Kabel auch die Integration der I/O-Module in eine Modbus-RTU-Steuerung zu realisieren.

»Durch die Nutzung des Radioline-Systems haben wir viel Zeit und Geld gespart«, resümiert Dirk Jänchen und ist sicher, dass die Funksysteme von Phoenix Contact wegen der positiven Erfahrungen bei GF Automotive auch zukünftig verwendet werden.bt z

Robust und Sicher

Die Funkmodule der Baureihe Radioline von Phoenix Contact arbeiten mit dem Übertragungsstandard Trusted Wireless 2.0 im 2,4-Gigahertz-Frequenzband. Das sogenannte FHSS-Verfahren (Frequency Hopping Spread Spectrum) stellt dabei eine robuste und störsichere Datenübertragung sicher. Die Technologie nutzt dazu eine Auswahl von bis zu 127 Kanälen aus dem Gesamtspektrum des Frequenzbands, die auf Basis eines pseudo-zufälligen Musters durchsprungen werden. Durch den Einsatz unterschiedlicher RF-Bänder lassen sich mehrere Radioline-Netze problemlos parallel betreiben. Ferner besteht die Möglichkeit, bestimmte Kanäle gezielt auszublenden (Black Listing), damit beispielsweise WLAN-Systeme ohne Leistungseinschränkung parallel funken können.

Da die proprietäre Technologie nicht öffentlich zugänglich ist, sind die drahtlosen Netzwerke besser vor unbefugten Zugriffen geschützt. Zudem stellt die 128-Bit-Datenverschlüsselung sicher, dass theoretisch mitgehörte Datenpakete nicht verstanden werden können. Eine Integritätsprüfung verwirft Nachrichtenpakete, die auf dem Weg zum Empfänger verändert wurden.

Erschienen in Ausgabe: 06/2015