Toepassingsgebieden

Op roterende of mobiele machinesystemen worden steeds vaker decentrale besturingssystemen, intelligente motion controllers of sensorsystemen toegepast die op afstand kunnen worden onderhouden. Voorwaarde daarvoor is een krachtige en vooral transparante Ethernet-communicatie.

Via de daarvoor doorgaans toegepaste stroomrails kan om praktische redenen geen Ethernet-communicatie worden gerealiseerd. Daarom vindt in deze toepassingen de Ethernet-communicatie vaak via Wireless LAN of Bluetooth plaats.

Of het nu om automobielproductie, automatisering van materiaalstromen of magazijnlogistiek gaat: vaak worden de benodigde delen door op rails geleide, verplaatsbare ophangsystemen tussen de verschillende werkstations of magazijnafdelingen getransporteerd. De beproefde seriële dataoverdracht via stroomrails tussen de centrale besturing en de verplaatsbare ophangsystemen heeft vanwege de geringe overdrachtssnelheden van enkele kilobit per seconde zijn grenzen inmiddels bereikt.

Daarom verloopt in veel van deze toepassingen de communicatie al via een slijtvaste, snelle Wireless-LAN-verbinding. Langs het gehele verplaatsingstraject wordt een speciale leaky cable-antenne gelegd die voor een stabiele en betrouwbare communicatie zorgt.

Autonome transportsystemen, magazijnshuttles of -robots die zich zelfstandig door de installatie voortbewegen, verhogen de flexibiliteit en de efficiëntie van het materiaaltransport. Deze hebben het grote voordeel dat ze eenvoudig aan de voortdurend veranderende eisen en omstandigheden van de moderne productie kunnen worden aangepast. De communicatie met deze autonome systemen kan alleen met draadloze systemen worden gerealiseerd.

Afhankelijk van welke toepassing kan het zijn dat er meer dan 100 mobiele transportsystemen in het netwerk moeten worden geïntegreerd, die zich doorgaans over een groot oppervlak voortbewegen. Zulke toepassingen kunnen alleen gerealiseerd worden met een krachtig WLAN-netwerk. Voor een storingvrije werking is het noodzakelijk dat de WLAN-client snel en betrouwbaar van het ene naar het andere WLAN-access point in het netwerk kan wisselen (roaming). Wireless-LAN-modulen van Phoenix Contact zijn dan ook speciaal geoptimaliseerd om deze roaming zo snel mogelijk te maken.

In veel magazijnen met hoge stellingen wordt de draadloze communicatie tegenwoordig al als technisch of economisch alternatief voor optische overdrachtssystemen toegepast. In complexere toepassingen, waarbij bijvoorbeeld meerdere magazijnbedieningssystemen op één rail worden aangestuurd, is draadloze communicatie vaak de enige mogelijke oplossing.

Bovendien worden er steeds vaker videocamera's op de magazijnbedieningssystemen geïnstalleerd om in geval van een probleem de oorzaak met behulp van de video snel te kunnen analyseren. Voor deze toepassing zijn hoge overdrachtssnelheden vereist. Terwijl voor een pure besturingscommunicatie een Bluetooth-oplossing voldoende is, moeten toepassingen met intensieve overdrachtssnelheden met Wireless LAN worden gerealiseerd.

Kraansystemen worden tegenwoordig in het productie- of magazijnbeheersysteem geïntegreerd en volledig geautomatiseerd aangestuurd. De functioneel veilige overdracht van signalen is daarbij doorgaans een basisvoorwaarde.

Functioneel veilige kraantoepassingen (tandemkranen, anti-collisietoepassingen etc.) kunnen eenvoudig en betrouwbaar worden gerealiseerd met behulp van een ProfiSAFE- of SafetyBridge-oplossing via Bluetooth. WLAN-systemen worden vooral in complexere toepassingen zoals combinaties van kranen toegepast.

De betrouwbare integratie van automatiseringscomponenten op snel roterende machinedelen is een uitdaging, vooral in combinatie met PROFINET- of EtherNet/IP-communicatie. De wikkelring van een palletwikkelmachine draait met tot wel 60 omwentelingen per minuut om de pallet en wikkelt deze in folie.

Bij kabelwikkelmachines kan de rotatiesnelheid zelfs meer dan 200 omwentelingen per minuut bedragen. Deze snelle bewegingen hebben echter geen invloed op de betrouwbaarheid van de draadloze overdracht, ongeacht welke draadloze overdrachtstechniek er wordt toegepast. De slijtvaste draadloze communicatie tussen de besturing in de centrale schakelkast en de aandrijvingen en I/O-stations op de roterende ring maakt een duurzaam betrouwbare werking mogelijk.

Smart devices zoals tablets of smartphones zijn op de particuliere markt volledig ingeburgerd. Ze bepalen in toenemende mate ook het verwachtingspatroon van de industriële gebruiker wat betreft de bediening en de grafische vormgeving. Dit heeft tot gevolg dat er een sterke trend waarneembaar is waarbij smartphones en tablets ook voor de communicatie met machines en installaties worden gebruikt: voor de registratie van bedrijfsgegevens, diagnose, onderhoud, inbedrijfstelling of zelfs voor de programmering en bediening.

In dit verband speelt ook het thema security een grote rol. Het industriële draadloze systeem moet daarom voldoen aan de speciale security-eisen. Het industriële Wireless LAN-access point WLAN 5100 van Phoenix Contact beschikt over de desbetreffende functies voor de beveiliging van de machine en het netwerk.

Installaties in de watermanagementsbranche beschikken vaak over stations die op een afstand van soms wel enkele kilometers van de centrale installatie liggen, zoals pomp- en drukverhogingsstations of hooggelegen bassins. Op elke locatie moeten sensordata zoals temperaturen of vulstanden worden geregistreerd, die aan een centraal registratiepunt of een controleruimte moeten worden doorgegeven. De lokaal geregistreerde data kunnen vaak alleen met behulp van een draadloze oplossing praktisch en economisch worden doorgegeven aan de centrale, omdat een grote afstand of onbegaanbaar terrein moet worden overbrugd.

Standaard draadloze overdrachtstechnieken zoals Wireless LAN of Bluetooth kunnen zulke grote afstanden echter niet overbruggen. Speciaal voor dergelijke toepassingen is de draadloze technologie Trusted Wireless 2.0 ontwikkeld. Deze maakt een overdracht van data en meetwaarden over enkele kilometers mogelijk en kan dankzij instelbare overdrachtssnelheden flexibel aan de concrete toepassing worden aangepast. Door de toepassing van het draadloze systeem als repeater-station kan het bereik extra worden vergroot.

Om netten voor watervoorziening over grote afstand zo slijtagevrij mogelijk te exploiteren, moeten het debiet en drukverschil optimaal ingesteld zijn. Daartoe worden langs de leidingen op regelmatige afstanden procesdata geregistreerd die vervolgens aan het op grote afstand gelegen besturingssysteem moeten worden doorgegeven.

Voor de overdracht van de meetwaarden aan de controleruimte is een draadloze oplossing noodzakelijk. De bewaking van lange buisleidingen kan heel eenvoudig en economisch mett Trusted Wireless 2.0 worden gerealiseerd door repeater-stations in een lijnstructuur op te bouwen.

In zuiveringsinstallaties moeten steeds meer meetgegevens worden geregistreerd en bewaakt. Ter illustratie wordt hier het slibniveau in de bezinkingsbassins genoemd. Voor de meting van het slibniveau wordt een processonde direct op de roterende ruimerbrug aangebracht. Omdat de overdracht van de meetwaarden door middel van stroomrailcontacten erg onderhoudsintensief en gevoelig voor storingen is, gebeurt dit in veel zuiveringsinstallaties al door middel van draadloze communicatie. Afhankleijk van de toepassingssituatie en de afstand kunnen er draadloze oplossingen op basis van Bluetooth of Trusted Wireless 2.0 worden gerealiseerd.

Voor exploitanten van energiecentrales bestaat er een documentatieplicht voor de niveau- en temperatuurwaarden in de koelwatertoevoer en -afvoer. Daarom worden er verspreid over het terrein meetpunten ingericht. De meetwaarden moeten ter verwerking en archivering worden doorgegeven aan een centraal besturingssysteem.

Vaak worden de gegevens eerst doorgegeven aan een verzamelstation in een decentraal gebouw voordat ze worden doorgegeven aan de centrale controleruimte. Voorwaarde voor de draadloze overdracht zijn een bereik van meerdere kilometers, een eenvoudige uitbreidingsmogelijkheid en betrouwbare mesh-netwerken. Met Trusted Wireless 2.0 kunnen dergelijke toepassingen eenvoudig worden gerealiseerd.

Energiemanagement wordt tegenwoordig steeds belangrijker en is vooral in energie-intensieve bedrijven in de staal- of chemische industrie een belangrijke kostenfactor. Met een energiemanagementssysteem kunnen de energiekosten aanzienlijk worden teruggebracht. Om het energieverbruik echter gericht te kunnen regelen, moeten veel kengetallen centraal en lokaal bij machines en installaties door voor netwerken geschikte energiemetingsmodulen worden geregistreerd.

Bestaande installaties beschikken vaak niet over een dienovereenkomstige infrastructuur en moeten worden uitgebreid. Bevinden de meetplaatsen zich op afgelegen of moeilijk toegankelijke plaatsen, dan is de toepassing van een draadloos netwerk nodig. Afhankelijk van welke soort communicatie benodigd is, kan gekozen worden voor Wireless LAN of, bijv. bij uitgestrekte installaties met RS-485-communicatie, Trusted Wireless 2.0.

Een krachtig Ethernet-netwerk is de communicatieve ruggengraat van een industriële installatie. Maar vaak kunnen niet alle decentrale installatiedelen via een kabelverbinding in het netwerk worden geïntegreerd. In veel gevallen is het leggen van de benodigde kabels ofwel te duur, ofwel helemaal niet mogelijk, omdat het gebied tussen de afzonderlijke installatiedelen andermans eigendom of ontoegankelijk is.

De integratie in het netwerk kan dan tot stand worden gebracht door middel van krachtige gerichte WLAN-verbindingen, waarmee een dataoverdracht van max. 300 Mbit/s mogelijk is. Bij een zichtberbinding en bijpassende hoogte zijn zelfs snelle verbindingen over een afstand tot 1000 m relatief eenvoudig realiseerbaar. Statussignalen of seriële data kunnen via een gerichte draadloze verbinding met Trusted Wireless 2.0 zelfs over enkele kilometers worden doorgegeven.

Bij olievelden gaat het om installaties die uit verspreide en onafhankelijk werkende pompen bestaan. Deze pompstations liggen vaak enkele kilometers uit elkaar. Er bestaat doorgaans geen netwerkbekabeling of gsm-netwerk. In het verleden moesten de gegevens ter plaatse worden afgelezen door medewerkers die hiervoor van pomp naar pomp moesten rijden.

Het gevolg was de huidige trend tot het digitaliseren van olievelden (digital oilfield), om diagnoses sneller en goedkoper en de monitoring efficiënter te kunnen uitvoeren. Alle door de stations doorgegeven meetwaarden en signalen moeten in de op grote afstand gelegen controleruimte cyclisch worden vastgelegd en gevisualiseerd. De betrouwbaarheid van de signaaloverdracht staat hier voorop. Omdat het bij pompstations niet om hoogdynamische processen gaat, speelt snelheid hier een ondergeschikte rol.

De technologie Trusted Wireless 2.0 is speciaal ontwikkeld met het oog op deze uitdagingen in industriële omgevingen en is dankzij repeater-functies en zelfherstellende mesh-structuren optimaal geschikt voor de gegevensoverdracht tussen de verschillende stations en de controleruimte.

De intensiteit van de gevarenlampen op windenergie-installaties kan in sommige landen door de exploitanten afhankelijk van het zicht in de omgeving worden geregeld. Ook de communicatie tussen meldingsinstallaties voor de brandbeveiliging in een windpark kan eenvoudig draadloos worden gerealiseerd. De draadloze overdrachtstechniek Trusted Wireless 2.0 zorgt voor een efficiënte en betrouwbare signaaloverdracht tussen meerdere windenergie-installaties.