Datenfunk in der Automatisierungstechnik mit geschlossenen Regelschleifen und Failsafe Übertragungen stellen gänzlich andere Anforderungen an die Funktechnologie als zum Beispiel WLAN im Office Bereich. WLAN ist optimiert auf hohen Datendurchsatz und man nimmt dafür kurze Reichweiten in Kauf. In der Fabrikautomation kann man Schleifringe, Datenlichtschranken oder Schleppkabel nicht immer einsetzen, benötigt jedoch eine Datenanbindung an die Leitwarte oder eine übergeordnete SPS. In diesen Anwendungsfällen ist Funk eine Alternative. Für den erfolgreichen Einsatz kommt es besonders auf Verfügbarkeit der Funkstrecke an. Die Verfügbarkeit wiederum ist die Basis für deterministische Signalübertragung. Gerade im Maschinen und Anlagenbau ist das Zeitfenster in dem ein Signal übertragen werden muss, meist eng toleriert. Ein Endschalter muss eine Maschine abschalten bevor Sie über Ihre Position hinweg fährt.
Allerdings ist das Medium Funk alles andere als einfach zu beherrschen. Es gibt eine Vielzahl von Stör -und Einflussgrössen, dadurch ist eine Funkstrecke niemals konstant sondern ändert laufend ihre Eigenschaften. Etablierte Funktechnologien wie WLAN, Bluetooth, Zigbee, DECT etc haben gänzlich unterschiedliche Eigenschaften und Verhaltensweisen. Manche kommen mit Störungen und Reflexionen besser zurecht, andere dagegen können die Daten schneller übertragen oder verbrauchen nur wenig Bandbreite. Nach langjährigen Erfahrungen kann man sagen, dass leider kein einheitlicher Funkstandard für industrielle Anwendungen möglich ist. Auch nach über 100 Jahren Automobil hat sich z.B. auch noch kein Einheitsmotor durchgesetzt. Im Gegenteil hat gerade die Vielfalt die Entwicklung vorangetrieben. So kann man auch im Funkbereich erwarten, dass noch einige Standards kommen und gehen werden und vielleicht auch zunächst Proprietäre Ideen plötzlich zum Standard werden. Wie beim Automobil gehen manche Technologien z.B. sparsamer mit den Rohstoffen um, bei Funk ist das die Bandbreite. Die steht nämlich nicht unbegrenzt zur Verfügung. Funkübertragungen in den freien ISM und SRD (433 MHz, 868 MHz, 2,4GHz) Bändern ist zwar anmeldefrei , trotzdem ist Bandbreite ein wertvolles Gut mit dem man haushalten sollte da es begrenzt ist und nicht erweitert werden kann. In vielen Industriehallen ist bereits WLAN für die Logistik und die Anbindung an das Warenwirtschaftssystem schon im Einsatz. Bei 2.4GHz können nur 3 unabhängige Funkstrecken aufgebaut werden, deshalb wird in vielen Industriebetrieben die knappe Ressource Funk sehr sorgfältig verwaltet und nur für Anwendungen freigegeben die dem Unternehmen den höchsten Nutzen ermöglichen. Alle technischen Weiterentwicklungen aus dem Office Funkmassenmarkt laufen in Richtungen die gegensätzlich zu den Anforderungen im Industrieeinsatz gehen.
Steuerungen werden durchgehend über Feldbusse wie Profibus, ca. 80% Marktanteil in Europa, untereinander verbunden. Deshalb ist es nur konsequent auch eine Funkkopplung über Profibus zu entwickeln. Schildknecht ist mit dem Produkt DATAEAGLE ® die einzige Firma weltweit die eine hochverfügbare transparente Profibus Funkverbindung anbietet die auch noch mit einer sehr hohen Busgeschwindigkeit wie 1.5MBit arbeiten kann. Dabei verhält sich die Funkstrecke wie ein Stück Kabel. Der Anwender kann, wie er es kabelgebunden gewohnt ist, seine Anlage und den Einsatz der Feldbuskomponenten planen. Die Kabelverbindung wird dann einfach durch die Funkstrecke ersetzt. Seit dem Jahr 2000 wurden so mehrere 1000 Anwendungen in industriellen Automatisierungssystemen mit Funksystemen ausgerüstet und beweisen tagtäglich durch höchste Verfügbarkeit ihre Praxistauglichkeit. DATAEAGLE ist durch die völlige transparente Wirkungsweise auch geeignet um Profisafe, die Variante von Profibus für die Übertragung von failsafe Funktionen wie Notaus auch über Funk zu übertragen. Schildknecht verfügt über ein weltweit einzigartiges Knowhow und die Erfahrungen im Langzeiteinsatz von hochverfügbaren Wireless Profibus & Profisafe Lösungen.
Der technische Aufwand in diesen Funksystemen ist jedoch erheblich und unterscheidet sich fundamental mit WLAN und Industriellen WLAN Systemen. WLAN kann sehr leicht technisch gestört werden, das hat nichts zu tun mit Verschlüsselungen zum Abhörschutz.
Mit einfachsten Mitteln kann ein Angreifer die Verfügbarkeit jeder WLAN strecke dauerhaft so stören dass keinerlei Funkverkehr mehr stattfinden kann und die Anlagenverfügbarkeit zu Null geht. Mit einem Aufwand von einigen Euro kann man nämlich Deauthorisierungskommandos von einem einfachen USB Sender absetzen und die Accesspoints melden sich ab. Aus diesem Grund wurden bei der WLAN Variante von DATAEAGLE eine Vielzahl von technischen Parametern in den Basebandprozessoren so geändert, dass zwar Standardbauteile verwendet werden können, jedoch eine Proprietäre Übertragungstechnik entstanden ist. Dies hat den Vorteil dass man mit der gleichen Technik einerseits weiter senden kann (durch Verringerung der Datenrate erreicht man eine Erhöhung der Empfängerempfindlichkeit) anderseits der Störeinfluss anderer Sender sowie Reflexionen deutlich reduziert werden kann. Anwender berichten dass Sie seit Jahren keine einzigen Busfehler durch die Funkstrecke feststellen konnten. Mit Standard WLAN oder IWLAN nach 802.11b,g und Profinet ist das undenkbar.
Bei DATEAGLE können alternativ auch Bluetooth, Zigbee, DECT und Schmalbandfunktechnologien eingesetzt werden. Dann zum Beispiel wenn wie bei der Salzgitter AG das 2.4GHZ Band gar nicht mehr für andere Anwendungen benutzte werden darf, da es längst völlig überlastet ist. Hier wurde DATAEAGLE mit 1.9GHZ DECT für die Profibus Übertragung eingesetzt. Für den weltweiten Einsatz bleibt aber praktisch nur 2.4GHz als einziges Band übrig. Hier kann man mit Profibus über Bluetooth trotzdem senden, da das verwendete Bluetooth Funkmodul so parametriert werden kann dass es WLAN nicht stört und sich nur in unbenutzten Funkbereichen ausbreitet. Schmalbandübertragen wie Profibus über 869MHz ermöglichen eine Profibus Übertragung über mehrere Kilometer, dieses Band ermöglicht bis zu 500mW Sendeleistung. Den von der Bundesnetzagentur vorgeschriebenen Dutycycle, also spezielle Wartezeiten in denen man nicht senden darf, werden vom DATAEAGLE berücksichtigt. Eine Profibus Übertragung dauert bei WLAN ca 20ms bei Bluetooth ca 30ms , bei DECT ca 60ms und bei 869MHz ca 300ms, ansonsten läuft der Feldbus aber mit bis zu 1.5Mbit ohne Änderungen der Profibus Parametereinstellungen und Änderungen im Steuerungsprojekt. Durch eine spezielle Technik im DATAEAGLE bemerkt weder die Steuerung noch die angeschlossenen Feldbuskomponenten dass sie an einer Funkstrecke statt einem Kabel angeschlossen sind.
Mit der Gerätevariante DATAEAGLE 3002-A können auch Profibus Master nach der Funkstecke eingesetzt werden. Damit ist es möglich Profibus Token über die Funkstrecke zu spiegeln. Profibus Master sind zum Beispiel Programmiergeräte wie Field PG, Operator Panels und andere Steuerungen die direkt bedient werden. Auch Routing von MPI oder Ethernet auf Profibus für den Teleservice ist damit möglich da alle PG Funktionen von der Funkstrecke übertragen werden.
Fazit Die beste elektrische Verbindung ist und bleibt ein Kabel. Für Anwendungen bei denen die Mobilität entscheidend ist, sind Funkübertragungen eine Alternative. Mit einer Koexistenzplanung wie in der erweiterten VDI Richtlinie 2185 Batt2 empfohlen, diese wird demnächst vom VDI veröffentlich, können hoch verfügbare Funklösungen im industriellen Bereich eingesetzt und dauerhaft betrieben werden. Thomas Schildknecht brachte, zusammen mit 3 weiteren Funkexperten, seine langjährigen Erfahrungen als Autor in diese Richtlinie mit ein. Je höher die Anforderungen an die Verfügbarkeit und die Deterministik, umso höher ist allerdings der Aufwand um Koexistenz zu erreichen. Es existieren genügend praktische Erfahrungen um dem Anwender eine Funktionsgarantie seiner Wireless Anwendung geben zu können. Dazu berät der Experte jeden Anwender persönlich und umfassend und hält Vorträge zu diesem Themenkomplex.
Allerdings ist das Medium Funk alles andere als einfach zu beherrschen. Es gibt eine Vielzahl von Stör -und Einflussgrössen, dadurch ist eine Funkstrecke niemals konstant sondern ändert laufend ihre Eigenschaften. Etablierte Funktechnologien wie WLAN, Bluetooth, Zigbee, DECT etc haben gänzlich unterschiedliche Eigenschaften und Verhaltensweisen. Manche kommen mit Störungen und Reflexionen besser zurecht, andere dagegen können die Daten schneller übertragen oder verbrauchen nur wenig Bandbreite. Nach langjährigen Erfahrungen kann man sagen, dass leider kein einheitlicher Funkstandard für industrielle Anwendungen möglich ist. Auch nach über 100 Jahren Automobil hat sich z.B. auch noch kein Einheitsmotor durchgesetzt. Im Gegenteil hat gerade die Vielfalt die Entwicklung vorangetrieben. So kann man auch im Funkbereich erwarten, dass noch einige Standards kommen und gehen werden und vielleicht auch zunächst Proprietäre Ideen plötzlich zum Standard werden. Wie beim Automobil gehen manche Technologien z.B. sparsamer mit den Rohstoffen um, bei Funk ist das die Bandbreite. Die steht nämlich nicht unbegrenzt zur Verfügung. Funkübertragungen in den freien ISM und SRD (433 MHz, 868 MHz, 2,4GHz) Bändern ist zwar anmeldefrei , trotzdem ist Bandbreite ein wertvolles Gut mit dem man haushalten sollte da es begrenzt ist und nicht erweitert werden kann. In vielen Industriehallen ist bereits WLAN für die Logistik und die Anbindung an das Warenwirtschaftssystem schon im Einsatz. Bei 2.4GHz können nur 3 unabhängige Funkstrecken aufgebaut werden, deshalb wird in vielen Industriebetrieben die knappe Ressource Funk sehr sorgfältig verwaltet und nur für Anwendungen freigegeben die dem Unternehmen den höchsten Nutzen ermöglichen. Alle technischen Weiterentwicklungen aus dem Office Funkmassenmarkt laufen in Richtungen die gegensätzlich zu den Anforderungen im Industrieeinsatz gehen.
Steuerungen werden durchgehend über Feldbusse wie Profibus, ca. 80% Marktanteil in Europa, untereinander verbunden. Deshalb ist es nur konsequent auch eine Funkkopplung über Profibus zu entwickeln. Schildknecht ist mit dem Produkt DATAEAGLE ® die einzige Firma weltweit die eine hochverfügbare transparente Profibus Funkverbindung anbietet die auch noch mit einer sehr hohen Busgeschwindigkeit wie 1.5MBit arbeiten kann. Dabei verhält sich die Funkstrecke wie ein Stück Kabel. Der Anwender kann, wie er es kabelgebunden gewohnt ist, seine Anlage und den Einsatz der Feldbuskomponenten planen. Die Kabelverbindung wird dann einfach durch die Funkstrecke ersetzt. Seit dem Jahr 2000 wurden so mehrere 1000 Anwendungen in industriellen Automatisierungssystemen mit Funksystemen ausgerüstet und beweisen tagtäglich durch höchste Verfügbarkeit ihre Praxistauglichkeit. DATAEAGLE ist durch die völlige transparente Wirkungsweise auch geeignet um Profisafe, die Variante von Profibus für die Übertragung von failsafe Funktionen wie Notaus auch über Funk zu übertragen. Schildknecht verfügt über ein weltweit einzigartiges Knowhow und die Erfahrungen im Langzeiteinsatz von hochverfügbaren Wireless Profibus & Profisafe Lösungen.
Der technische Aufwand in diesen Funksystemen ist jedoch erheblich und unterscheidet sich fundamental mit WLAN und Industriellen WLAN Systemen. WLAN kann sehr leicht technisch gestört werden, das hat nichts zu tun mit Verschlüsselungen zum Abhörschutz.
Mit einfachsten Mitteln kann ein Angreifer die Verfügbarkeit jeder WLAN strecke dauerhaft so stören dass keinerlei Funkverkehr mehr stattfinden kann und die Anlagenverfügbarkeit zu Null geht. Mit einem Aufwand von einigen Euro kann man nämlich Deauthorisierungskommandos von einem einfachen USB Sender absetzen und die Accesspoints melden sich ab. Aus diesem Grund wurden bei der WLAN Variante von DATAEAGLE eine Vielzahl von technischen Parametern in den Basebandprozessoren so geändert, dass zwar Standardbauteile verwendet werden können, jedoch eine Proprietäre Übertragungstechnik entstanden ist. Dies hat den Vorteil dass man mit der gleichen Technik einerseits weiter senden kann (durch Verringerung der Datenrate erreicht man eine Erhöhung der Empfängerempfindlichkeit) anderseits der Störeinfluss anderer Sender sowie Reflexionen deutlich reduziert werden kann. Anwender berichten dass Sie seit Jahren keine einzigen Busfehler durch die Funkstrecke feststellen konnten. Mit Standard WLAN oder IWLAN nach 802.11b,g und Profinet ist das undenkbar.
Bei DATEAGLE können alternativ auch Bluetooth, Zigbee, DECT und Schmalbandfunktechnologien eingesetzt werden. Dann zum Beispiel wenn wie bei der Salzgitter AG das 2.4GHZ Band gar nicht mehr für andere Anwendungen benutzte werden darf, da es längst völlig überlastet ist. Hier wurde DATAEAGLE mit 1.9GHZ DECT für die Profibus Übertragung eingesetzt. Für den weltweiten Einsatz bleibt aber praktisch nur 2.4GHz als einziges Band übrig. Hier kann man mit Profibus über Bluetooth trotzdem senden, da das verwendete Bluetooth Funkmodul so parametriert werden kann dass es WLAN nicht stört und sich nur in unbenutzten Funkbereichen ausbreitet. Schmalbandübertragen wie Profibus über 869MHz ermöglichen eine Profibus Übertragung über mehrere Kilometer, dieses Band ermöglicht bis zu 500mW Sendeleistung. Den von der Bundesnetzagentur vorgeschriebenen Dutycycle, also spezielle Wartezeiten in denen man nicht senden darf, werden vom DATAEAGLE berücksichtigt. Eine Profibus Übertragung dauert bei WLAN ca 20ms bei Bluetooth ca 30ms , bei DECT ca 60ms und bei 869MHz ca 300ms, ansonsten läuft der Feldbus aber mit bis zu 1.5Mbit ohne Änderungen der Profibus Parametereinstellungen und Änderungen im Steuerungsprojekt. Durch eine spezielle Technik im DATAEAGLE bemerkt weder die Steuerung noch die angeschlossenen Feldbuskomponenten dass sie an einer Funkstrecke statt einem Kabel angeschlossen sind.
Mit der Gerätevariante DATAEAGLE 3002-A können auch Profibus Master nach der Funkstecke eingesetzt werden. Damit ist es möglich Profibus Token über die Funkstrecke zu spiegeln. Profibus Master sind zum Beispiel Programmiergeräte wie Field PG, Operator Panels und andere Steuerungen die direkt bedient werden. Auch Routing von MPI oder Ethernet auf Profibus für den Teleservice ist damit möglich da alle PG Funktionen von der Funkstrecke übertragen werden.
Fazit Die beste elektrische Verbindung ist und bleibt ein Kabel. Für Anwendungen bei denen die Mobilität entscheidend ist, sind Funkübertragungen eine Alternative. Mit einer Koexistenzplanung wie in der erweiterten VDI Richtlinie 2185 Batt2 empfohlen, diese wird demnächst vom VDI veröffentlich, können hoch verfügbare Funklösungen im industriellen Bereich eingesetzt und dauerhaft betrieben werden. Thomas Schildknecht brachte, zusammen mit 3 weiteren Funkexperten, seine langjährigen Erfahrungen als Autor in diese Richtlinie mit ein. Je höher die Anforderungen an die Verfügbarkeit und die Deterministik, umso höher ist allerdings der Aufwand um Koexistenz zu erreichen. Es existieren genügend praktische Erfahrungen um dem Anwender eine Funktionsgarantie seiner Wireless Anwendung geben zu können. Dazu berät der Experte jeden Anwender persönlich und umfassend und hält Vorträge zu diesem Themenkomplex.
