Welche Funktechnik eignet sich am besten für die Automatisierungstechnik?
FUNKSYSTEME FÜR DIE AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Flexibilität, Vernetzung in der Produktion und smarte Interaktion von Maschinen und Steuerungen – dafür stehen moderne Automatisierungslösungen. Anlagenbetreiber profitieren bei ihrem Einsatz von mehr Wirtschaftlichkeit durch optimierte Prozesse und von weniger Maschinenstillständen dank schnellerer Identifikation und Behebung von Produktionsabweichungen. Eine Schlüsseltechnologie für die Automatisierung ist die Vernetzung mittels Datenfunk. Sie lässt sich in Neuanlagen und bei der Modernisierung ebenso integrieren wie im Retrofit für bestehende Anlagen. Als Alternative zu kabelbasierten Datenübertragungen sorgt Funk für ein Höchstmaß an Flexibilität, auch bei mobilen und dezentralen Anwendungen. Gleichzeitig bietet sie – richtig eingesetzt – eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit der Datenübertragung.
DATENFUNK EFFIZIENT FÜR DIE AUTOMATISIERUNG IN DER INDUSTRIE NUTZEN
Viele Unternehmen setzen heute bereits auf Funkübertragung, um Feldbus-Kommunikation mit Profibus, Profinet oder Profisafe zu realisieren. Sie bewähren sich in zahlreichen Industrien und Anwendungen – ob Krantechnik und Wasserwirtschaft, Paper & Pulp-Herstellung, bei Lift- und Seilbahnanlagen, Transportfahrzeugen und in vielen weiteren Bereichen. Dabei kommen für die Umsetzung der Automatisierungstechnik, z.B. in der Prozessautomatisierung, Funktechnologien wie Bluetooth, WLAN und bald auch 5G zum Einsatz. Gleichzeitig gibt es in einigen Bereichen noch Vorbehalte bezüglich Zuverlässigkeit und Stabilität von Funkverbindungen. Dies ist nicht ganz unbegründet, denn die technologischen Unterschiede zwischen Kabelverbindungen und Funk müssen beim Design einer Automatisierungslösung berücksichtigt werden, um dieselbe Robustheit in der Datenübertragung zu erreichen.
AUSWAHL DER RICHTIGEN FUNKLÖSUNG ENTSCHEIDET ÜBER ZUVERLÄSSIGKEIT UND WIRTSCHAFTLICHKEIT
Gegenüber kabelbasierten Lösungen bietet Funk umfangreiche Vorteile: von der einfachen Installation über die Möglichkeit, komplexe Netzwerke mit mehreren Slave-Anwendungen und großen Distanzen zusammenzufassen, bis zur Wirtschaftlichkeit im gesamten Lebenszyklus (Blogartikel zu alternativen Datenübertragungstechnologien). Allerdings erfüllt nicht jedes Datenfunksystem die hohen Anforderungen der Industrie in Bezug auf zuverlässige Kommunikation und Ausfallsicherheit. Das führt im schlimmsten Fall zu Anlagenstillständen, verminderter Produktivität und hohen Kosten – und oft auch zu einem Vertrauensverlust in die gesamte Technologie. Deshalb ist die Auswahl der optimalen Funklösung für das Zusammenspiel mit der Steuerungskommunikation innerhalb der Automatisierungstechnik essenziell.
DATENFUNK: VERBREITETE TECHNOLOGIEN UND PRINZIPIEN
Bei Kabelverbindungen zwischen Steuerungen und I/O-Modulen und standardisierten Feldbussystemen wie Profibus, Profinet und CAN-Bus werden zwischen Sensoren oder Aktoren und der zentralen Steuerung (SPS) typischerweise im Millisekunden-Takt zyklisch Telegramme ausgetauscht. Viele Feldbus-Datenübertragungen mit Funkverbindung ersetzen das Kabel durch Funkmodule für Sender und Empfänger, die nach gleichem Prinzip funktionieren. Allerdings müssen bei der Buskommunikation festgelegte maximale Antwortzeiten eingehalten werden, die in der SPS als Applikationszeit eingestellt werden. Wird diese Zeit durch verspätete oder verlorene Pakete überschritten, etwa durch kurzzeitige Unterbrechungen wie Abschattungen oder andere Interferenzen aus der Umgebung, entstehen Busfehler. In Folge dessen entstehen zwischen Steuerungen und I/O-Modulen Kommunikationsfehler. Im schlimmsten Fall kommt es zum Stillstand der Anlage.
AUTOMATISIERUNGSLÖSUNG MIT KABEL NICHT 1:1 DURCH FUNK ERSETZBAR
Die Herausforderung für Funklösungen im Vergleich zum Kabel ist dabei die zur Verfügung stehende Bandbreite. Der Datendurchsatz über Funkschnittstellen ist in der Regel geringer als bei kabelbasierten Lösungen. Zudem muss eine Latenz durch die Übertragung „over-the-air“ berücksichtigt werden. Für eine robuste und zuverlässige Datenübertragung per Funk eignen sich deshalb speziell dafür konzipierte, intelligente Funksysteme. Sie ersetzen nicht einfach Kabel durch Funk, sondern entkoppeln die Echtzeit-Schnittstelle von der Funkschnittstelle. Zudem übertragen sie vorverarbeitete Datenpakete und reduzieren die notwendige Bandbreite, indem redundante Datenpakete nicht übertragen werden. Dadurch werden die Funkstrecken nicht überlastet und Feldbusfehler vermieden. Außerdem kann die Echtzeitfähigkeit der SPS und ihre maximale Busgeschwindigkeit erhalten bleiben. Das Ergebnis ist eine bestmögliche Produktivität und Wirtschaftlichkeit der Anlagen.
SO SORGT DIE PATENTIERTE DATAEAGLE-TECHNOLOGIE FÜR EINE STABILE KABELLOSE AUTOMATISIERUNGSLÖSUNG
Für ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Sicherheit bei der Feldbus-Datenübertragung per Funk sorgt die patentierte DATAEAGLE-Technologie von Schildknecht. Das intelligente Funksystem überträgt Datenpakete, die zuvor analysiert und vorverarbeitet wurden. Ausgefeilte Algorithmen prüfen Redundanz und Zeitstempel und entkoppeln die Feldbusschnittstelle von der Funkübertragungszeit. Das Ergebnis sind störungsfreie Datenübertragungen mit minimaler Latenz, eine bessere Echtzeitfähigkeit und eine deutliche Stabilitätssteigerung der Datenkommunikation – selbst bei kurzzeitigen Unterbrechungen der Funkverbindung. Dabei ist konfigurierbar, bis zu welcher Ausfallzeit Funkstörungen automatisch ausgefiltert werden sollen und ab wann tatsächliche Störungen an die Steuerung gemeldet werden sollen. Das Feldbusprotokoll selbst wird dabei nicht verändert und die Safety-Überwachungszeit nicht verletzt. Damit ist das System auch nach dem Black-Channel-Prinzip konform für Safety-Anwendungen wie z.B. PROFIsafe oder openSAFETY.
Systemausfälle können so verhindert werden – das spart Zeit und Kosten für Fehlersuche und -beseitigung sowie Produktivitätseinbußen durch ungeplante Maschinenstillstände.
VON DIESEN WEITEREN VORTEILEN PROFITIEREN SIE MIT DATAEAGLE
FLEXIBLER EINSATZ UND GROSSE REICHWEIT
Schildknecht DATAEAGLE Datenfunksysteme ersetzen kabelbasierte Lösungen und andere Funktechnologien in zahlreichen Bereichen – ob im Schaltschrank installiert oder direkt in der Anwendung, indoor oder outdoor und unter extremen Umgebungsbedingungen. Alle Geräte, die über eine Profibus, Profinet, CAN, Ethernet/IP oder openSafety/UDP-Schnittstelle verfügen, können mit den innovativen Funklösungen angebunden werden. Sie arbeiten mit einer Reichweite von bis zu drei Kilometern und mit Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 1,5 MBit pro Sekunde.
PLUG & PLAY-INSTALLATION
Einfache Montage auf der Hutschiene oder direkt an der Applikation lagen bei der Entwicklung ebenso im Fokus wie die unkomplizierte und schnelle Installation. Die Geräte verhalten sich transparent wie ein Kabel, sodass die Funkverbindung Ihrer Automatisierungslösung direkt mit Anschluss der Funkmodule steht. Eine gesonderte Einbindung in die SPS oder Parametrierung ist nicht erforderlich.
EINFACHE WARTUNG IM DIAGNOSEPORTAL
Gleichzeitig stehen für alle DATAEAGLE Systeme umfassende Tools für die Überwachung und Diagnose der Funkstrecke zur Verfügung – direkt am Gerät, lokal in der Steuerung oder per Fernwartung von jedem Webbrowser aus.
FINDEN SIE DIE OPTIMALE LÖSUNG FÜR IHRE ANWENDUNG
Intelligente Datenfunksysteme mit stabilisierter Funkübertragung zeichnen sich aus durch Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer ohne Wartungsaufwand, durch sichere Kommunikation und Robustheit gegenüber Störungen. Damit eignen sie sich ideal für den Einsatz in der Automatisierungstechnik. Die patentierte DATAEAGLE Produktfamilie bietet außerdem ein Höchstmaß an Flexibilität und eine einfach Plug & Play-Installation. So kommen Sie einfach und in kürzester Zeit zur optimalen Lösung für die drahtlose Datenübertragung.
AUF EINEN BLICK: VORTEILE STABILISIERTER FUNKSTRECKEN MIT DATAEAGLE
Zuverlässige Echtzeit-Kommunikation, dank vorverarbeiteter Datenpakete und priorisierter Übermittlung von z.B. Profinet gegenüber Ethernet-Kommunikation.
Vermeidung von Feldbusfehlern durch sichere Funkübertragung und einstellbare Filterzeit zur Überbrückung kurzfristiger Störungen.
Einfache Inbetriebnahme und größtmögliche Flexibilität, mit Plug & Play-Installation und Multipunkt-Verbindungen.
Wartungsfrei und langlebig auch im industriellen Dauereinsatz und unter extremen Umgebungsbedingungen indoor und outdoor.
UNSERE PATENTIEREN FUNKSYSTEME FÜR DIE AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Ist Funk eine gute Alternative zu einem PROFIBUS-Schleifring?
Schleifringe übertragen Leistung und Daten von einer stationären Einheit auf rotierende Objekte, wo Kabel mit ihren festen Verbindungen aufgrund der Bewegung nicht zum Einsatz kommen können. Oftmals haben solche Schleifringübertrager in der Vergangenheit geholfen, Herausforderungen in Design und Konstruktion drehender Anwendungen wie Drehtische zu lösen. Gleichzeitig eignet sich Ihr Funktionsprinzip, das eine dauerhafte elektrische Kontaktgabe erfordert, nur bedingt für die Übertragung von Daten: Stellen kurze Unterbrechungen in der Stromversorgung in der Regel keine Probleme dar, bedeuten sie in der Datenkommunikation zwischen Steuerungen verspätete oder verlorene Telegramme, die zu Fehlern und in der Folge häufig zu Stillständen der Anlagen führen. Ein weiterer Nachteil von Datenübertragung über einen Schleifring ist der Verschleiß durch das Schleifen der Materialien aneinander.
Für die reine Stromübertragung bleiben Schleifringe und Drehdurchführungen eine gute Alternative. Sie lassen sich optimal zum Beispiel mit Funklösungen ergänzen. Im Ergebnis sind Stromübertragung und Datenkommunikation dann getrennt, was sich positiv auf die Stabilität der Lösung auswirkt und EMV-Störungen reduziert. In der Regel ist die Kombination von Schleifringen für die Stromversorgung mit Funklösungen zur Datenkommunikation auch deutlich preiswerter als Schleifringsysteme, die gleichzeitig Strom sowie Ethernet-Protokolle wie Profinet übertragen können. Dieser Retrofit sorgt für eine schrittweise Modernisierung bestehender Schleifringübertragungen ohne hohe Investitionshürden
Das Black-Channel-Prinzip erlaubt die Übertragung sicherer und nicht sicherer Prozessdaten über dieselben Netzwerke- oder Busleitungen. Unabhängig von auf dieser Leitung verwendeten regulären Datentransportmechanismus können Safety-Komponenten Daten mittels eines isolierten sicheren Protokolls übertragen, das den darunter liegenden Netzwerk-Kanal durchtunnelt. Da es sich bei sicheren Feldbussen um reine Applikationsprotokolle ohne eigene physikalische Eigenschaften handelt, sind die verfügbare Bandbreiten und Zykluszeiten vom verwendeten Datentransportprotokoll abhängig. Mögliche Übertragungsfehler sind bekannt und in den relevanten Normen IEC 61784-3 und IEC 61508 angeführt.
Black Channel ausführlich erklärt!
Was bedeutet das Black-Channel-Prinzip für PROFIsafe?
Das PROFIsafe-Protokoll hat keine Rückwirkung auf die Standard-Busprotokolle. Es soll so unabhängig wie möglich vom jeweiligen Übertragungskanal sein, gleich ob Kupferkabel, Lichtwellenleiter, Rückwandbus oder drahtlos. Weder die Übertragungsraten noch die jeweilige Fehlererkennung spielen eine Rolle. Für PROFIsafe sind die Übertragungskanäle lediglich „Black Channels”.
Wireless PROFIsafe – Black-Channel
PROFIsafe – gleiches Protokoll mit Funk und Kabel
Ganz gleich ob für eine Kran-Steuerung, die Not-aus-Übertragung einer Produktionsmaschine oder andere sicherheitsrelevante Kommunikation: PROFIsafe hat sich als Standard für funktional sichere Kommunikation etabliert und ist seit 2007 unter der Bezeichnung IEC 61784-3-3 internationale Norm. Über das sicherheitsgerichtete Protokoll werden Daten zwischen einer Sicherheitssteuerung (F-PLC bzw. F-Host) und Feldgeräten (F-Devices) übermittelt. Während Steuerung und Device in der Regel sicherheitsgerichtete Komponenten sind und entsprechend zertifiziert sein müssen, hat PROFIsafe gemäß Systembeschreibung keine Rückwirkung auf die eingesetzten Standard-Busprotokolle: ob mit Industrial Ethernet (PROFINET IO), per RS485 (PROFIBUS-DP), über Backplanes oder Wireless – das verwendete Verfahren für die Datenübertragung hat keinen Einfluss auf die Sicherheits-Einstufung. Es handelt sich bei den Übertragungskanälen lediglich um sogenannte „Black Channels“, von denen die tatsächliche PROFIsafe-Anwendung komplett unabhängig aufgebaut ist. Dem entsprechend heißt es auch in der PROFIsafe Systembeschreibung: Eine drahtlose Übertragung ist zulässig, solange eine ausreichende Verfügbarkeit (keine Fehlauslösungen) und IT-Sicherheit (Security) gewährleistet sind.
Sichere Datenübertragung per Funk: das Black-Channel-Prinzip im Detail
Das heißt also, dass die Verwendung von Wireless-Technologien ebenso wie andere Funktechnologien auch qua Definition vorgesehen und möglich ist. Sowohl die Sicherheitssteuerung als auch das Remote-IO-System – zum Beispiel ein Safety-Switch – beinhalten das Safety-Protokoll. Die Schnittstelle dazwischen ist lediglich der Kanal zur Übertragung der Sicherheitsinformationen. Dem entsprechend ist für das drahtlose Gerät keine Sicherheitszertifizierung notwendig und es wird behandelt wie andere Infrastrukturkomponenten, beispielsweise Switches oder Kabel. Das spart beim Einsatz einer Black-Channel-Lösung die Neuberechnung oder Nachprüfung des Sicherheitslevels (SISTEMA).
