Oktober 2014
| von Dipl.-Ing. Stephan Sagebiel, Leitung Industrie-Management Prozess- und Verfahrenstechnik, Phoenix Contact
  • Funktechnologien wie Wireless Hart werden in diesen Anlagen eingesetzt, um möglichst schnell und kostengünstig zusätzliche Informationen aus dem Prozess zu erhalten.
  • Während die Anbindung an neuere Leitsysteme per Modbus oder TCP relativ einfach ist, stellt dies bei älteren Anlagen mit frühen Leittechnik-Versionen teilweise ein Problem dar.
  • Für letztere wurde eine einfache Lösung entwickelt, um die wichtigsten Teile der Hart-Kommunikation im Profibus-Protokoll abzubilden.

Ein Blick auf die Applikationen, in denen Daten per Funk weitergeleitet werden, verdeutlicht schnell, wie vielseitig die Anwendungsfelder der unterschiedlichen Technologien sind. Zugegebenermaßen haben sie keinen Einzug in zeitkritische Regelungen gehalten, doch zum Zweck der Überwachung, Diagnose, des Asset Managements oder der Anbindung entfernter Stationen werden in Chemieparks gern Funk-Protokolle verwendet. Das Unterscheidungsmerkmal liegt hier lediglich im Umfang des kabellosen Datenaustausches. Die meisten Applikationen haben hingegen gemein, dass es sich um sogenannte Brownfield-Anwendungen handelt, also
Bestandsanlagen, die optimiert, erweitert oder in anderer Weise umgebaut worden sind. Technologien wie Wireless Hart werden in diesen Anlagen eingesetzt, um möglichst schnell und kostengünstig zusätzliche Informationen aus dem Prozess zu erhalten, damit dieser optimiert werden kann. Die Vorteile der Wireless-Übertragung kommen aber nur dann zum Tragen, wenn die Daten einfach und schnell in die Leittechnik integriert werden können. An diesem Punkt treten oftmals Probleme auf.

Profibus-Anbindung in Kupfer- oder
Lichtwellenleiter-Technik

Sämtliche derzeit am Markt angebotenen Wireless-Hart-Gateways unterstützen Modbus und häufig auch TCP als Übertragungsprotokoll. Da neuere Leitsysteme über entsprechende Schnittstellen verfügen, gestaltet sich die Einbindung der Prozessdaten einfach. Allerdings arbeiten zahlreiche ältere Anlagen noch mit Leittechnik-Versionen, die wenig kommunikativ sind (Bild 2a). Wenn überhaupt, dann sind Ankopplungen per Profibus möglich. Vor diesem Hintergrund wurde eine einfache Lösung entwickelt, um die wichtigsten Teile der Hart-Kommunikation im Profibus-Protokoll abzubilden.
Die Lösung setzt sich aus einem Funk-Gateway, einem Controller und einer Busanschaltung zusammen, wobei die Profibus-Verbindung wahlweise in Kupfer- oder Lichtwellenleiter-Technik ausgeführt werden kann (Bilder 2b und 3). Die Controller-Software überprüft das Wireless-Hart-Netzwerk dynamisch und gibt in Form eines Status-Wortes regelmäßig Auskunft über den Netzwerknamen (Network ID), die Anzahl der aktuell verbundenen Funkteilnehmer sowie den Zustand der unterschiedlichen Netzwerkteile (Ethernet, Profibus,
Wireless Hart) respektive Gateway-Komponenten. Zur Identifikation der einzelnen Feldgeräte wird der sogenannte Long Tag – also der Name jedes Teilnehmers – ebenso übertragen wie der jeweilige NE-107-Status sowie gegebenenfalls zusätzliche Batterie-Informationen der Adapter oder Feldgeräte. So können selbst ältere Steuerungen einen Teil der Asset-Management-Daten nutzen. Zur Qualitätsüberwachung des Funknetzwerks leitet die Controller-Software auch die Anzahl der benachbarten Teilnehmer weiter, denn Wireless Hart kann seine Selbstheilungsfunktion nur dann ausspielen, sofern die Hart-Geräte mehr als einen Nachbarn haben (Bild 2b).

Ausgabe der Hart-Daten auch als Analogwert oder Digitalausgang
Im Bereich der Nutzdaten bildet das Wireless-Hart-Gateway alle vier Variablen jedes angekoppelten Teilnehmers inklusive Einheiten – wenn vorhanden – in Profibus ab. Zur obligatorischen Parametrierung des Wire­less-Hart-Netzwerks steht für die Anwender, die das Gateway per Notebook einrichten möchten, ein Ethernet-Port mit Webserver zur Verfügung. Alternativ können der Name und Schlüssel des Netzwerks vom Profibus-Protokoll vorgegeben werden. Nachdem sich die Wireless-Hart-Teilnehmer sukzessive mit dem Gateway verbunden haben, liegen ihre Daten im Profibus-System vor. Die Ethernet-Verbindung zum Notebook ist für den Betrieb nicht notwendig und kann daher getrennt werden.
Weil die Profibus-Kommunikation ausschließlich auf dem DP/V0-Standard basiert, somit ein zyklischer Datenaustausch stattfindet, können selbst ältere oder funktional einfachere Leitsysteme die Vorteile des Funknetzwerks in vollem Umfang verwenden. In Verbindung mit den robusten Touchpanel-Geräten von Phoenix Contact besteht auch die Möglichkeit, direkt vor Ort Visualisierungen zu realisieren. Dem Anwender können hier Werte, Trends oder Stati anzeigt werden, sogar Bedien­eingaben wären möglich. Alternativ bieten sich die Steuerungen der Produktfamilie Inline als flexible Schnittstellen-Umsetzer für eine Vielzahl weiterer Protokolle wie Modbus RTU, TCP, Profibus oder Profinet an (Bild 4).
Sofern das Leitsystem über keine Busanbindung verfügt, die Daten der Wireless-Hart-Geräte aber trotzdem integriert werden sollen, kann durch die neue Lösung auch eine Ausgabe beliebiger Hart-Parameter als Analogwerte oder Digitalausgänge programmiert werden. Dadurch lassen sich die vier Variablen eines Hart-Geräts auf einfache Weise auf je einen 4…20-mA-Ausgang mappen und damit per Analogeingang in eine beliebige Steuerung einlesen.

Trusted-Wireless-Technologie zur Überbrückung längerer Strecken
Sollen einzelne Messwerte über eine längere Strecke übertragen werden, eignet sich das proprietäre Funksystem Trusted Wireless als Kabelersatz. Die Technologie, die sich seit mehr als zehn Jahren in vielfältigen Infrastruktur-Anwendungen bewährt hat, baut ebenfalls ein selbstheilendes Mesh-Netzwerk auf. Trusted Wireless arbeitet im lizenzfreien 2,4-GHz-Frequenzband und ist außerdem in einer 900-MHz-Version für den nordamerikanischen Markt erhältlich. Mit der neuen Version 2.0 entfällt die Konfiguration der Funkteilnehmer über ein Software-Tool. Die Geräte der Produktfamilie Radioline lassen sich werkzeuglos über ein Rändelrad einstellen, das am Gerätegehäuse angebracht ist. Im Gegensatz zu Wireless Hart werden die Transmitter bei Trusted Wire­less nicht per Adapter direkt an das Netzwerk angebunden, sondern herkömmlich per Leitung mit einem Klemmkasten verdrahtet, in dem sich die I/O-Module der Produktfamilie in Schutzart IP20 befinden. In Kombination mit einem Solar-Panel und Batterien lassen sich mit Trusted Wireless komplett autarke Stationen installieren.
Fazit: Die Beispiele zeigen, dass es heute vielfältige Lösungen dafür gibt, um Feldgeräte per Funk relativ einfach auch in ältere Leitsysteme einzubinden.

Auf den Seiten des Herstellers erhalten Sie einen detaillierten Überblick über dessen Produkte

Der Eintrag "freemium_overlay_form_cte" existiert leider nicht.