Anwendungsbereiche

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Hier funkt es überall

Vielfältige Anforderungen: dynamische Anwendungen, große Entfernungen und extreme Umgebungsbedingungen.

Fabrikautomatisierung mit Industrial Wireless

Vor dem Hintergrund der zunehmenden Prozessoptimierung, Flexibilisierung und Leistungssteigerung von Maschinen und Anlagen steigt auch der Automatisierungsgrad rotierender oder mobiler Maschinensysteme.

Gleichzeitig werden Maschinen und Anlagen im Hinblick auf ihre Mechanik kompakter und komplexer, und der Kommunikationsbedarf nimmt zu. Diese Herausforderungen lassen sich ohne den Einsatz einer Funkkommunikationslösung häufig nicht mehr praktikabel oder wirtschaftlich lösen.

Im Folgenden werden einige Beispiele aus dem Bereich Fertigungsautomatisierung vorgestellt.

Fabrikautomatisierung mit Industrial Wireless

Auf rotierenden oder mobilen Maschinensystemen werden zunehmend dezentrale Steuerungssysteme, intelligente Antriebsregler oder Sensorsysteme eingesetzt, die fernwartbar sein sollen. Voraussetzung dafür ist eine leistungsfähige und vor allem transparente Ethernet-Kommunikation.

Über die dafür üblicherweise eingesetzten Schleifleitungen ist eine Ethernet-Kommunikation nicht praktikabel realisierbar. Eine Ethernet-Kommunikation über Wireless LAN oder Bluetooth kommt daher in diesen Anwendungen verstärkt zum Einsatz.

Ob in der Automobilfertigung, der Automation des Materialflusses oder der Lagerlogistik: Oft transportieren an Schienen geführte, fahrbare Gehänge die benötigten Teile zwischen den einzelnen Arbeitsstationen oder Lagerbereichen. Die bewährte serielle Datenübertragung über Schleifleiter zwischen der zentralen Steuerung und den fahrenden Gehängen stößt aufgrund ihrer geringen Übertragungsrate von wenigen Kilobit pro Sekunde inzwischen an ihre Grenzen.

Daher erfolgt in vielen dieser Anwendungen bereits die Kommunikation über eine verschleißfreie, schnelle Wireless-LAN-Verbindung. Entlang der gesamten Fahrstrecke wird eine spezielle Leckwellenleiter-Antenne verlegt, die für eine stabile und zuverlässige Kommunikation sorgt.

Autonome Transportsysteme, Lager-Shuttles oder Carrys, die sich autark in der Anlage bewegen, erhöhen die Flexibilität und steigern die Effizienz des Materialtransports. Ihr großer Vorteil besteht darin, dass sie sich einfach an die sich kontinuierlich ändernden Anforderungen und Gegebenheiten einer modernen Produktion anpassen lassen. Die Kommunikation mit diesen autonomen Systemen kann nur mit Funksystemen realisiert werden.

Je nach Anwendung müssen über 100 mobile Transportsysteme in das Netzwerk integriert werden, die sich meist in einem großflächigen Areal bewegen. Solche Anwendungen lassen sich nur mit einem leistungsfähigen WLAN-Netzwerk realisieren. Für einen störungsfreien Betrieb ist das schnelle und zuverlässige Wechseln (Roaming) des WLAN-Clients zwischen den verschiedenen WLAN-Access-Points des Netzwerks Voraussetzung. Wireless-LAN-Module von Phoenix Contact wurden daher speziell für das schnelle Roaming optimiert.

In vielen Hochregallagern wird Funkkommunikation heute bereits als technische oder wirtschaftliche Alternative zu optischen Übertragungssystemen eingesetzt. In komplexeren Anwendungen, bei denen z. B. mehrere Regalbediengeräte auf einer Schiene betrieben werden, ist eine Funkkommunikation oft die einzige praktikable Lösung.

Darüber hinaus werden immer häufiger Videokameras auf den Regalbediengeräten installiert, um im Problemfall eine schnelle Videoanalyse der Ursache zu ermöglichen. Für diesen Anwendungsfall werden hohe Datenraten benötigt. Während für eine reine Steuerungskommunikation eine Bluetooth-Lösung ausreicht, müssen datenratenintensive Anwendungen mit Wireless LAN umgesetzt werden.

Kransysteme werden heutzutage in das Produktions- oder Lagerverwaltungssystem integriert und vollautomatisiert gesteuert. Die funktional sichere Übertragung von Signalen ist dabei in der Regel eine Grundvoraussetzung.

Funktional sichere Krananwendungen (Tandemkrane, Antikollisionsanwendungen, usw.) lassen sich einfach und zuverlässig im Rahmen einer ProfiSAFE- oder SafetyBridge-Lösung über Bluetooth realisieren. WLAN-Systeme werden vor allem in komplexeren Anwendungen wie Kranverbunden eingesetzt.

Die zuverlässige Integration von Automatisierungskomponenten auf schnell rotierenden Maschinenteilen ist eine Herausforderung, besonders in Verbindung mit PROFINET- oder EtherNet/IP-Kommunikation. Der Wickelring einer Palettenwickelmaschine dreht sich mit bis zu 60 Umdrehungen pro Minute um die Palette und wickelt die Palette in Folie ein.

Bei Kabelwickelmaschinen kann die Rotationsgeschwindigkeit sogar bei über 200 U/Min liegen. Diese schnellen Bewegungen haben jedoch keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Funkübertragung, egal welche Funktechnologie hier zum Einsatz kommt. Die verschleißfreie Funkkommunikation zwischen der Steuerung im zentralen Schaltschrank und den Antrieben und I/O-Stationen am rotierenden Ring ermöglicht einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb.

Smart Devices wie Tablets oder Smartphones haben sich im privaten Bereich vollständig durchgesetzt. Sie prägen in zunehmendem Maße auch die Erwartungshaltung der industriellen Anwender in Bezug auf Bedienung und grafische Gestaltung. Daraus resultiert ein starker Trend, Smartphones oder Tablets auch für die Kommunikation mit Maschinen und Anlagen zu nutzen: zur Betriebsdatenerfassung, Diagnose, Wartung, Inbetriebnahme oder sogar für die Programmierung und Bedienung.

In diesem Zusammenhang spielt auch das Thema Security eine große Rolle. Das industrielle Funksystem muss daher die speziellen Security-Anforderungen erfüllen. Der industrielle Wireless LAN Access Point WLAN 5100 von Phoenix Contact verfügt über entsprechende Funktionen zur Absicherung der Maschine und des Netzwerks.

Infrastruktur

Infrastrukturanlagen haben oft eine über Jahrzehnte gewachsene, weit verzweigte Anlagenstruktur mit vielen dezentralen, entlegenen Anlagenteilen. Die Kommunikationsstruktur ist daher in der Regel sehr inhomogen und entspricht in vielen Fällen nicht mehr den aktuellen Anforderungen.

Dennoch müssen immer mehr Messwerte und Betriebsmeldungen, z. B. Füllstände, Pumpenleistungen oder Durchflussmengen, in entlegenen Anlagenteilen protokolliert und zuverlässig an die Leitwarte übertragen werden. Durch den Einsatz industrieller Funksysteme lassen sich viele dieser Herausforderungen einfach und effizient lösen.

Infrastruktur

Anlagen in der Wasser- und Abwasserwirtschaft verfügen oft über viele von der zentralen Anlage bisweilen mehrere Kilometer entfernt gelegene Stationen wie Pump- und Druckerhöhungsstationen oder Hochbehälter. Vor Ort müssen jeweils Sensordaten wie Temperaturen oder Füllstände erfasst und an eine zentrale Erfassungsstelle oder Leitwarte übertragen werden. Die lokal erfassten Daten können oft nur mithilfe einer Funklösung praktikabel oder wirtschaftlich an die Zentrale übertragen werden, weil eine große Strecke oder unzugängliches Gelände zu überbrücken sind.

Standardfunktechnologien wie Wireless LAN oder Bluetooth können solche großen Distanzen allerdings nicht überbrücken. Speziell für solche Anwendungsfälle wurde die Funktechnologie Trusted Wireless 2.0 entwickelt. Sie ermöglicht die Übertragung von Daten und Messwerten über mehrere Kilometer und kann dank einstellbarer Datenrate flexibel an die konkrete Applikation angepasst werden. Durch den Einsatz des Funksystems als Repeater-Station lässt sich die Reichweite zusätzlich erhöhen.

Um Fernleitungsnetze möglichst verschleißfrei zu betreiben, müssen Durchflussmenge und Druckdifferenz optimal eingestellt sein. Dafür werden entlang der Rohrleitungen in regelmäßigen Abständen Prozessdaten erfasst und müssen anschließend an das entfernte Leitsystem übermittelt werden.

Für die Übertragung der Messwerte an die Leitwarte ist eine Funklösung erforderlich. Die Überwachung langer Rohleitungen lässt sich sehr einfach und wirtschaftlich mit Trusted Wireless 2.0 realisieren, indem Repeater-Stationen in einer Linienstruktur aufgebaut werden.

In Kläranlagen müssen immer mehr Messdaten erfasst und überwacht werden. Als ein Beispiel sei hier der Schlammpegel in den Klärbecken genannt. Für die Messung des Schlammpegels wird eine Prozesssonde direkt auf der rotierenden Räumerbrücke angebracht. Da die Übertragung der Messwerte mittels Schleifleitungskontakten sehr wartungsintensiv und störanfällig ist, erfolgt die Übertragung in vielen Kläranlagen bereits per Funkkommunikation. Je nach Anforderung und Distanz bietet sich der Einsatz einer Funklösung auf Basis von Bluetooth oder Trusted Wireless 2.0 an.

Für Betreiber von Kraftwerken besteht eine Dokumentationspflicht für die Pegel- und Temperaturwerte im Kühlwasserzufluss und -ablauf. Daher werden im Gelände verteilte Messstellen eingerichtet. Die Messwerte müssen zur Verarbeitung und Archivierung an ein zentrales Leitsystem übertragen werden.

Häufig werden die Daten erst an Sammelstationen in dezentralen Gebäuden gesendet, bevor sie von dort weiter an die Leitzentrale übertragen werden. Voraussetzung für die Übertragung per Funk sind eine Reichweite von mehreren Kilometern, einfache Erweiterbarkeit und ausfallsichere Mesh-Netzwerke. Mit Trusted Wireless 2.0 lassen sich solche Anwendungen einfach realisieren.

Energiemanagement gewinnt in der heutigen Zeit zunehmend an Bedeutung und ist besonders in energieintensiven Betrieben der Stahlindustrie oder der Chemie ein wichtiger Kostenfaktor. Mit einem Energiemanagementsystem lassen sich die Energiekosten deutlich senken. Um den Energieverbrauch jedoch gezielt regeln zu können, müssen viele Kenngrößen zentral und vor Ort an Maschinen und Anlagen durch netzwerkfähige Energiemessgeräte erfasst werden.

Bestehende Anlagen verfügen oft nicht über die entsprechende Infrastruktur und müssen nachgerüstet werden. Befinden sich die Erfassungsstellen an abgelegen oder schwer zugänglichen Stellen, ist der Einsatz eines Funknetzwerks erforderlich. Je nach Kommunikationsanforderung bietet sich hierfür Wireless LAN oder, z. B. bei weitläufigen Anlagen mit RS485-Kommunikation, Trusted Wireless 2.0 an.

Ein leistungsfähiges Ethernet-Netzwerk ist das kommunikative Rückgrat einer Industrieanlage. Oft können jedoch nicht alle dezentralen Anlagenteile über eine Kabelverbindung in das Netzwerk integriert werden. In vielen Fällen ist die Verlegung der notwendigen Verkabelung entweder zu teuer oder gar nicht möglich, weil fremdes oder unzugängliches Gelände zwischen den einzelnen Gewerken liegt.

Dann kann eine Einbindung über leistungsfähige WLAN-Richtfunkstrecken erfolgen, über die eine Datenübertragung mit bis zu 300 MBit/s möglich ist. Bei Sichtverbindung und entsprechender Höhe sind sogar schnelle Verbindungen über eine Distanz bis 1000 m mit relativ geringem Aufwand realisierbar. Statussignale oder serielle Daten können über eine Richtfunkstrecke mit Trusted Wireless 2.0 sogar über mehrere Kilometer übertragen werden.

Bei Ölfeldern handelt es sich um Anlagen, die aus verteilten und unabhängig arbeitenden Pumpen bestehen. Diese Pumpstationen sind oft mehrere Kilometer voneinander entfernt. Es besteht keine Netzwerkverkabelung und in der Regel auch kein GSM-Netz. In der Vergangenheit mussten Mitarbeiter hierfür von Pumpe zu Pumpe fahren und die Daten vor Ort ablesen.

Daraus resultiert der aktuelle Trend, Ölfelder zu digitalisieren (Digital Oilfield), um schnellere und preiswertere Diagnosen und ein effizienteres Monitoring durchzuführen. Alle von den Stationen übertragenen Messwerte und Signale müssen im weit entfernt gelegenen Kontrollraum zyklisch erfasst und zur Anzeige gebracht werden. Die zuverlässige Signalübertragung steht hier im Vordergrund. Da es sich bei den Pumpstationen nicht um hochdynamische Prozesse handelt, spielt Geschwindigkeit hier eine untergeordnete Rolle.

Die Technologie Trusted Wireless 2.0 wurde speziell im Hinblick auf diese Herausforderungen im industriellen Umfeld entwickelt und eignet sich dank Repeater-Funktionen und selbstheilender Mesh-Strukturen optimal für die Datenübertragung zwischen den verschiedenen Stationen und dem Kontrollraum.

Die Intensität der Beleuchtung von Gefahrfeuern auf Windenergieanlagen können Betreiber in einigen Ländern abhängig von der Umgebungssichtweite regeln. Auch die Kommunikation zwischen Brandschutz-Meldeanlagen in einem Windpark lässt sich einfach per Funk realisieren. Für eine effiziente und zuverlässige Signalübertragung zwischen mehreren Windenergieanlagen sorgt die Funktechnologie Trusted Wireless 2.0.

PHOENIX CONTACT s.à r.l.

10a, op Bourmicht
L-8070 Bertrange
(+352) 45 02 35-1

Service

Installation von Radioline

Inbetriebnahme von Radioline in einer Kläranlage.

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