Neues drahtloses Kommunikationskonzept für Feldgeräte

Auf sendung

10.06.2007 Was tun, wenn der neue Tank, dessen Füllstand gemessen werden soll, auf der anderen Straßenseite liegt, eine Kabelbrücke aber zu aufwändig wäre? Oder aber die Diagnosesignale eines Hart-Gerätes am Speisetrenner hängen bleiben? Plicsradio heißt die Lösung, die von Vega auf der Interkama für solche Fälle vorgestellt wurde.

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Rush-Hour im Technikum des Polyethylenherstellers PE-Muster AG. Wieder einmal hat die Verfahrensentwicklung den über fünf Stufen laufenden Prozess umgekrempelt, wodurch ein tiefgreifender Umbau der Polymerisationsanlage notwendig wurde. Rohre zu den Behältern mussten neu verlegt werden, Filter und Wärmeübertrager an die neuen Leistungsdaten angepasst und zahlreiche Füllstand-, Temperatur-, Durchfluss-, Druck- und Durchflusssensoren neu installiert, verkabelt und parametriert werden. Doch ausgerechnet der für die Überwachung der Reaktion wichtige Sensor TI 412 liefert keine Werte. Wurden die Anschlusskabel falsch rangiert? Ist der Speisetrenner defekt? Die Fehlersuche zieht sich hin.

Derweil schlagen sich die Kollegen aus der Produktion in H116 mit einem anderen Problem herum: Das Management besteht darauf, dass die aktuellen Bestände in den Verladesilos am Mainhafen jederzeit abgerufen werden können – denn die Produktion soll via SAP- und MES-System möglichst auftragsnah erfolgen, um die finanziellen Risiken durch schwankende Rohstoffpreise zu minimieren. Aber: Die Silofarm steht am nördlichen Flussufer, eine Kabelverbindung zum Leitsystem im südlichen Werksteil ist nicht vorhanden.

Wireless erfüllt den Wunsch nach einer flexiblen Instrumentierung

Die beiden Beispiele machen deutlich: Der Bedarf für neue Signalübertragungstechniken steigt mit dem Wunsch nach Flexibilität sowie der zunehmenden Instrumentierung auch weit abgelegener Anlagenteile, Silos und Tanks, die bislang nur sporadisch erfasst wurden. Mit dem Plicsradio hat Vega auf der Interkama im April ein Gerätekonzept zur kabellosen Signalübertragung vorgestellt, mit dem sich solche Anwendungen schnell und unproblematisch realisieren lassen.

Die drahtlose Kommunikationslösung basiert auf je einem separaten Sender und Empfänger, die über eine 2,4 GHz (alternativ 900 MHz) Funkverbindung miteinander Kontakt aufnehmen und Mess- oder Diagnosedaten über Entfernungen (Sichtverbindung) von 500 bzw. 1600m übertragen. Der Clou: An die Sendeeinheit lassen sich nicht nur Füllstand- und Druckmessgeräte des Herstellers anschließen, sondern auch alle anderen Sensoren, die ein digitales, ein Namur- oder ein 4…20 mA-Signal liefern, wobei auch Hart-Informationen übertragen werden. „Die Inbetriebnahme der Geräte ist deutlich schneller als bei einer konventionellen Verkabelung“, erklärt Juan Garcia, Produktmanager Kommunikation bei Vega. Denn: Die Sendeeinheit erkennt angeschlossene Sensoren automatisch, liest ihre fünf Kanäle (Gerätevariante T62) ein und überträgt die Daten an den Empfänger. Verkabelungs- oder Rangierfehler, wie sie im ersten Beispiel auftraten, werden so vermieden. Und auch noch eine weitere Anwendung hat der Hersteller im Blick: Die Nutzung der in den zahlreichen Hart-Geräten vorhandenen Diagnoseinformationen. Garcia: „Es ist schade, dass die Intelligenz, die im Feld bereits vorhanden ist, bislang kaum genutzt wird.“ Denn häufig lassen die Komponenten des „Physical Layers“ wie Trennbausteine oder Remote I/O-Systeme die auf das 4…20 mA-Signal aufmodulierten Frequenzinformationen nicht durch.

Diagnosefunktionen werden nutzbar

Und so ermöglicht es der Einsatz der drahtlosen Kommunikation, Diagnosenetze im Feld aufzubauen, ohne die Verfügbarkeit der kabelgebundenen Signalübertragung anzutasten. Doch daneben gibt es noch eine ganze Reihe weiterer Anwendungen, in denen der Einsatz einer drahtlosen Signalübertragung sinnvoll erscheint: So werden in Batch-Prozessen der Chemie, der Pharma- und Lebensmittelindustrie häufig mobile Tanks eingesetzt, deren Füll- oder Grenzstand überwacht werden soll. Dazu kommen temporäre Messaufgaben, die sich mit Funktechnik schnell und einfach realisieren lassen oder mobile Anbauten wie drehende Behälter, Roboter oder Elektrohängebahnen, bei denen eine Verkabelung schwierig ist. Aber auch eine mobile Anzeige eines Silo-Füllstandes wäre beispielsweise für LKW-Fahrer oft sinnvoll. Deshalb hat der Hersteller die Anzeigeeinheit Plicsradio D61 entwickelt, die den Funkverkehr „mithört“.

Für die einkanalige, reine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen einem Feldgerät und dem Leitsystem kommt der Sender T61 und der Empfänger R61 zum Einsatz. Bei diesem einkanaligen System spielt vor allem der „Leitungsersatz“ der letzten, teuren Meter zum Sensor die entscheidende Rolle. Dagegen kann der Sender T62 bis zu drei Hart- und ein 4…20 mA-Signal sowie zwei zusätzliche Schaltsignale einsammeln. Sensoren im Ex-Bereich werden eigensicher gespeist (Ex-Zulassung wird bis August 2007 erwartet). Die mehrkanalige Empfangseinheit R62 wird an eine separate Auswerteeinheit (PlicsRadio C62) angeschlossen, die als Fernabfrage-Schnittstelle sowie via Ethernet-Anschluss mit eigenem Webserver agiert und sogar Informationen per E-Mail versenden kann. Zusammen mit einem über die RS232-Schnittstelle angeschlossenen GSM-Modem können zum Beispiel Serviceinformationen per SMS verschickt werden. Die Geräte werden entweder über das Anzeige- und Bedienmodul Plicscom oder eine FDT/DTM-Software wie Pactware bequem bedient.
Ein für Prozessbetreiber überaus wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit der drahtlosen Technologie ist die Sicherheit der Funkübertragung im Hinblick auf Verfügbarkeit, Störanfälligkeit sowie Abhörsicherheit. Diese wird in dem neuen Gerätekonzept auf unterschiedliche Weise erreicht: Am Gerätedisplay wird die Signalstärke – ähnlich wie beim Handy – angezeigt. Zusätzlich zu der am Gerätegehäuse angebrachten Dipolantenne mit Rundstrahl ist auch eine externe Yagi-Antenne mit Richtstrahl verfügbar. Die Funkübertragung kann durch Vergabe einer Funk-PIN abgesichert werden. Dazu kommt, dass das Übertragungsverfahren auf dem Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) basiert, bei dem die Funkfrequenzen nach einem nur dem Sender und dem Empfänger bekannten Plan ständig gewechselt werden. Dadurch soll einerseits Sicherheit gegenüber eventuellen „Mithörern“ erreicht werden, andererseits lassen sich so Störeinflüsse durch andere Sender oder aber Störquellen wie anlaufende Motoren bzw. Frequenzumrichter vermeiden. Damit die Funkkommunikation nicht selbst zur Störquelle wird und lizenz- bzw. anmeldefreie Übertragungsbänder genutzt werden können, wurde die Sendeleistung auf 50 mW beschränkt.

Fazit: Die Funkübertragung von Mess- und Diagnosesignalen ermöglicht die Instrumentierung auch schwer zugänglicher Anlagen und erleichtert es, Anlagen zu erweitern. Teure Kabelinstallationen oder Verkabelungsfehler lassen sich dadurch umgehen.

„Es ist schade, dass die Intelligenz, die im Feld bereits vorhanden ist, bislang kaum genutzt wird“

Heftausgabe: Juni 2007

Über den Autor

Armin Scheuermann , Redaktion
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