Drahtloser Fortschritt

Spezial Industrieelektronik

Feldbusse - Das Feldbussystem WirelessHART ermöglicht die drahtlose Kommunikation in der Verfahrenstechnik. Ein neu entwickelter Feldbuskoppler erlaubt den Anschluss von bis zu 250 Feldgeräten.

15. Juni 2010

Ein essenzieller Bestandteil vieler Anlagen in der Prozessindustrie sind Feldbusse für die Kommunikation zwischen der Steuerung und den Feldgeräten. Weit verbreitet ist dabei der Kommunikationsstandard HART (Highway Addressable Remote Transducer), der unter anderem die vorhandenen älteren Leitungen zur Übertragung analoger Sensorsignale im 4/20-mA-Standard nutzen kann. Mit dem zunehmenden Automatisierungsgrad der zugleich immer weitläufiger werdenden verfahrenstechnischen Anlagen stößt die drahtgebundene Kommunikation jedoch oft an Grenzen. Seit 2007 existiert deshalb das drahtlose Übertragungsprotokoll WirelessHART, das von der zuständigen Normierungskommission Namur für das Monitoring von unkritischen Prozessen freigegeben wurde.

Die Nachrichtenübertragung bei WirelessHART geschieht wie bei Bluetooth und WLAN im lizenzfreien 2,4-GHz-Band. Kollisionen innerhalb eines WirelessHART-Netzes verhindert dabei die Technologie TDMA (Time Division Multiple Access), bei der die Feldgeräte ihre Informationen in zuvor festgelegten Zeitfenstern übermitteln, in denen pro Frequenzkanal jeweils nur ein Telegramm gesendet wird. Mögliche Interferenzen mit anderen Funksystemen umgeht die neue Technik durch das Verfahren des »frequency hopping«, bei dem die Funksignale im laufenden Betrieb ständig zwischen den verschiedenen Kanälen des 2,4-GHz-Bands hin und her wechseln. Zudem verbessert das Spreizverfahren DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) die Robustheit des Ausgangssignals, indem es den gesamten zur Verfügung stehenden Frequenzkanal nutzt und damit Störungen durch schmalbandige Signale verhindert.

Eine Besonderheit von WirelessHART sind die redundanten Pfade für die Übertragung der Funktelegramme. Das Netzwerk organisiert sich dabei selbst, indem sich die Funkverbindungen zwischen den einzelnen Feldgeräten und Gateways automatisch aufbauen. Bei Störungen einer Route laufen die Daten automatisch über einen alternativen Weg. Zudem lässt sich das Netzwerk so praktisch beliebig erweitern, da das Signal immer nur die Distanz zwischen zwei Feldgeräten überbrücken muss. Alle Nachrichten werden verschlüsselt übertragen. Als kryptographisches Verfahren dient dabei der Advanced Encryption Standard (AES) mit einer Schlüssellänge von 128 Bit.

Modulare Lösung

Bisher standen für den Aufbau eines WirelessHART-Feldbussystems nur einzelne Feldgeräte bzw. nachgerüstete Instrumente mit einem WirelessHART-Adapter zur Verfügung. Als eine der ersten modularen Lösungen auf dem Markt bietet der Steuerungstechnikspezialist Hesch Schröder aus Neustadt bei Hannover jetzt einen Feldbuskoppler, der das Prozess-I/O-System IMOD um die drahtlose WirelessHART-Technologie erweitert und den Anschluss von maximal 250 Feldgeräten ermöglicht, die im laufenden Betrieb ausgetauscht werden können.

Mit dem neuen Feldbuskoppler HE 5815 lassen sich bestehende I/O-Systeme mit WirelessHART-Funktionen nachrüsten und in die drahtlose Kommunikationsinfrastruktur einbinden. Das modulare I/O-System wird mit einer 24-V-Spannung versorgt, eine Serviceschnittstelle auf der Vorderseite erleichtert die Konfiguration und Inbetriebnahme.

Als WirelessHART-Schnittstelle dient das 39 x 25 Millimeter große WD-H-Modul des Feldbusspezialisten Softing aus Haar bei München, das in die Feldgeräte eingebaut wird und über eine UART-Schnittstelle mit ihnen kommuniziert. Das Modul implementiert dabei alle Möglichkeiten der aktuellen HART-Spezifikation 7.1, wie beispielsweise die Burst-Modes und die Bearbeitung der drahtlosen Kommandos. Auf diese Weise kann ein HART-Gerät ohne eine Softwareaktualisierung zu einem WirelessHART-Gerät aufgerüstet werden. Ein umfangreiches Software-Paket liefert zusätzliche Werkzeuge zur Integration und Diagnose. So erfasst das Modul nicht nur vorgegebene Messgrößen wie die Gesamtzahl der versendeten und empfangenen Datenpakete oder den Batteriestand, sondern auch speziellere Indikatoren wie die Kanalbelegung oder Latenzzeiten. Abgerundet wird das Modul mit den notwendigen Zertifizierungen und Zulassungen für den Funkbetrieb und für den Einsatz in explosionsgefährdeten Zonen.

bt

Fakten

- Die Hesch SchröderGmbH in Neustadt am Rübenberge ist ein Spezialist für Feldbustechnik, Sensorik, Mess- und Regelgeräte sowie Steuerungen vor allem in den Bereichen Klima- und Umweltverfahrenstechnik.

- Die Softing AG in Haar bei München ist ein weltweit agierender Anbieter von Hard- und Software für industrielle Automatisierung und Fahrzeugelektronik.

Erschienen in Ausgabe: 04/2010