TECHNICAL WHITE PAPER PLANUNG UND ERRICHTUNG VON NETZWERKEN

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1 PROZESSAUTOMATION TECHNICAL WHITE PAPER PLANUNG UND ERRICHTUNG VON NETZWERKEN Mit WirelessHART ist ein gemeinsamer Standard für drahtlose Kommunikation in der Prozessautomatisierung verfügbar. Dadurch werden zahlreiche neue Anwendungen ermöglicht, die große Vorteile beim Betrieb von Prozessanlagen bieten. WirelessHART erhebt zu Recht den Anspruch, einfach Anzuwenden zu sein. Dennoch muss aufgrund von Aspekten hinsichtlich Mesh Netzwerken, Funkwellenausbreitung und Fragen bei der Koexistenz mit anderen Funknetzwerken neues Wissen bei der Errichtung eines WirelessHART-Netzwerks entwickelt werden. Dieses Wissen ist nicht kompliziert und kann in Form einiger einfacher Regeln beschrieben werden, die zu beachten sind. Dieses White Paper enthält eine Einführung zu den Grundlagen, wie ein WirelessHART-Netzwerk geplant und errichtet wird, in Form einfacher Regeln und Tipps. Es ist für Planer und Techniker vorgesehen, die die Installation eines WirelessHART-System beabsichtigen. Erstellt von: Gerrit Lohmann Product Portfolio Manager Pepperl+Fuchs

2 MESH Network Gateway Router Pepperl+Fuchs ist ein führendes Unternehmen im Bereich der Kommunikationstechnik für die Prozessautomation. Das Produktportfolio reicht von der konventionellen Interfacetechnik über I/O-Systeme bis hin zu Feldbus-Komponenten. Bisher lief die Kommunikation in der Prozessautomation fast ausschließlich über Kabel. Die drahtlose Kommunikation stellt daher eine innovative Lösung dar, die neue Kommunikationswege von und zur Feldebene bieten wird. Pepperl+Fuchs war schon immer ein Unternehmen, das sich frühzeitig mit neuen Technologien befasst hat. Das trifft auch auf WirelessHART zu. Dabei können Sie auf die langjährige Erfahrung von Pepperl+Fuchs zählen, wenn es um hochwertige Produkte geht, die für eine problemlose Installation, Inbetriebnahme und Betrieb ausgelegt sind und damit entscheidende Vorteile für Ihre Prozessanlage bieten.

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 4 2 Projektumfang 4 3 Koexistenz 5 4 Netzwerkplanung Standortbegehung Platzierung von Geräten Platzierung von Gateways Platzierung der Feldgeräte Prüfung auf Kommunikationsfähigkeit Platzierung von Repeatern Erweiterung eines Netzwerks Zusammenfassung 13 5 Inbetriebnahme des Netzwerks 14 6 HOST-Integration 15 7 Dokumentation / 17

4 1 Einführung Es gibt nur einige wenige Aspekte, die bei der Planung eines WirelessHART-Netzwerks berücksichtigt werden müssen. Die Vorgehensweise zur Einrichtung eines Funknetzwerks unterscheidet sich nicht sonderlich von der Planung mit drahtgebundenen Geräten. Dieses White Paper bietet Ihnen eine Übersicht über die für Planung und Realisierung eines Wireless- HART-Projekts erforderlichen Erwägungen. 2 Projektumfang Im ersten Schritt sollte der Bereich festgelegt werden, in dem das Netzwerk betrieben werden soll. Die meisten Werke bestehen aus mehreren en. Daher ist es sinnvoll, das Funknetzwerk so zu organisieren, dass sein Aufbau der sonstigen Gliederung der entsprechenden Einheiten im Werk ähnelt. Oft sind diese en unabhängig und alleine für ihren Bereich zuständig. Durch Übernahme dieser Gliederung in die Planung eines WirelessHART-Netzwerks werden Zuständigkeitsbereiche und Arbeitspraktiken beibehalten. Die meisten en passen in einen Bereich von 250 m x 250 m, was der Übertragungsreichweite von WirelessHART bei Sichtverbindung in einem hindernisfreien Bereich entspricht. Wenn es sich bei der um eine Anlage in einem geschlossenen Gebäude handelt, ist die Übertragungsreichweite bei Sichtverbindung geringer, doch kann der Bereich immer noch problemlos durch das später behandelte Mesh-Netzwerk abgedeckt werden. ProzESSanlage Abb. 1: Schema einer Prozessanlage 04 / 17

5 Durch Begrenzung des Umfangs des WirelessHART- Netzwerks auf eine bestimmte bleibt die Flexibilität für eine zukünftige Erweiterung er- halten, da das einzelne Netzwerk nicht durch Geräte oder Funknetzprojekte in anderen Bereichen des Werks behindert wird. 3 Koexistenz Vor der Planung eines WirelessHART-Netzwerks muss abgeklärt werden, ob an en in der Nähe oder gar außerhalb an einem anderen Ort nahe der Prozessanlage andere Funknetzwerke vorhanden sind. Insbesondere müssen folgende Fragen beantwortet werden: Frequenz Ort Verwenden sie 2,4 GHz, und wenn ja, welche Kanäle? Wo genau befinden sie sich? Für welche Anwendungen sind sie installiert? Wie hoch ist die Datenlast? Zeit Das Ziel ist es, eine Koexistenz der Netzwerke zu ermöglichen. Koexistenz bedeutet, dass jedes der Netzwerke seine Datenpakete übertragen kann, ohne durch die von einem anderen Netzwerk gesendeten Pakete gestört oder unterbrochen zu werden. Oder mit anderen Worten: es dürfen keine Kollisionen zwischen den Datenpaketen beider Netzwerke auftreten. Zu einer Kollision der Datenpakete kommt es, wenn diese gleichzeitig auf der gleichen Frequenz und am selben Ort gesendet werden. Kollisionen werden durch Entkopplung mindestens eines dieser Faktoren vermieden: Abb. 2: Ursache für die Kollision von Nachrichten Frequenz: Verwendung verschiedener Kanäle oder Gruppen von Kanälen für die einzelnen Netzwerke Blacklisting von Kanälen und Zuweisung bestimmter Kanäle zu den einzelnen Systemen Standort: Verwendung in einer bestimmten Entfernung voneinander oft standortbedingt nicht möglich Zeit: Verringerung des Datendurchsatzes kollidierte und zerstörte Meldungen können wiederholt werden GHz GHz WLAN 1 Hart Netzwerk WLAN 2 Abb. 3: Kanalbelegung im 2,4-GHz-Band 05 / 17

6 Eine zeitliche oder räumliche Entkopplung ist leicht vorzustellen. Wenn Netzwerke zu unterschiedlichen Zeiten kommunizieren (z. B. ein Netzwerk während einer Sekunde, ein zweites Netzwerk in der darauffolgenden Sekunde usw.), so ist dies eine zeitliche Entkopplung. Eine räumliche Entkopplung liegt vor, wenn die Netzwerke weit entfernt an unterschiedlichen Standorten plaziert sind. Bei frequenzbasierter Entkopplung muss festgelegt werden, ob sich einzelne Kanäle der unterschiedlichen Netzwerke überlappen. Dies ist etwas komplexer, da sich WLAN Kanäle von Bluetooth- oder WirelessHART Kanälen unterscheiden. Je nach Netzwerktyp und dem in ihm verwendeten IEEE-Grundstandard kann ein Kanal aufgrund einer großen Bandbreite mit anderen Kanälen überlappen. WLAN-Kanäle (IEEE802.11) besitzen eine Bandbreite von 22 MHz, der Abstand zwischen den Mittelfrequenzen beträgt jedoch lediglich 5 MHz, so dass sich die einzelnen Kanäle überlappen. Netzwerke, die auf IEEE basieren, haben ebenfalls einen Abstand der Mittenfrequenzen von 5, so dass sich die einzelnen Kanäle überlappen. Dementsprechend belegt ein WLAN-Kanal etwa fünf IEEE Kanäle. Wenn ein WirelessHART-Netzwerk weniger als 15 Kanäle besitzt, arbeitet es in problemloser Koexistenz mit anderen Netzwerken in der Umgebung. Es ist zu beachten, dass die Leistungsfähigkeit der Wireless- HART-Netzwerke mit einer geringeren Anzahl verfügbarer Kanäle abnimmt. Dies stellt kein Hindernis für seine Verwendung dar, muss jedoch in bestimmten Situationen berücksichtig werden (z. B. wenn schnelle Reaktion und geringe Latenz erforderlich sind). Wenn mehrere WirelessHART-Netzwerke am gleichen Ort verwendet werden sollen, müssen folgende Punkte beachtet werden: Jedes Netzwerk muss eine unterschiedliche Netzwerk-ID besitzen. Weisen Sie jedem der Netzwerke Blöcke von Kanälen zu. Verwenden Sie keine Kanäle (Blacklisting), die von einem anderen Netzwerk verwendet werden. 06 / 17

7 4 Netzwerkplanung 4.1 Standortbegehung Die Bereiche einer Prozessautomationsanlage können allgemein in 4 Gruppen unterteilt werden. Hindernisfrei: Freie Sichtverbindung zu dem Gerät ohne Hindernisse Geringe Bebauung: Eine gewisse Infrastruktur, allerdings auch offene Bereiche, in denen eine Sichtverbindung zwischen einem und mehreren anderen Geräten besteht Mittlere Bebauung: Eine dichtere Umgebung, die aber auch noch relativ große Bereiche ohne Hindernisse aufweist (etwa genug Platz, dass ein Lkw hindurchfahren kann) Dichte Bebauung: Keine Sichtverbindung von einem Gerät zum nächsten, erhebliche Metallkonstruktionen und andere Strukturen Diese Bereiche können leicht selbst anhand von Satellitenbildern oder Grundrissplänen bestimmt werden. In der nachfolgenden Abbildung sind Beispiele dargestellt und Faustregel-Reichweiten angegeben, die in diesen Bereichen möglich sind. Die Angaben sind konservativ, sodass bessere Ergebnisse erzielt werden können. Hindernisfrei: 250 m Mittlere Bebauung: 75 m Dichte Bebauung: 30 m Geringe Bebauung: 150 m Abb. 4: Infrastrukturdichte und mögliche Kommunikationsreichweiten in horizontaler Dimension Die Bebauungsdichte der Umgebung kann auch in der vertikalen Dimension Unterschiede aufweisen. Beispielsweise kann die Dichte auf Bodenniveau sehr hoch, oberhalb einer bestimmten Höhe aber gering oder gar hindernisfrei sein. Eine Begehung des Werks wird erste Anhaltspunkte dafür liefern, wo Geräte aus Gründen der Funkkommunikation platziert werden müssen, und wo es aufgrund einer stark bebauten Umgebung zu Problemen kommen kann. Sichtverbindung oder geringe Bebauung Dichte Bebauung Abb. 5: Infrastrukturdichte in vertikaler Dimension 07 / 17

8 4.2 Platzierung von Geräten Im Allgemeinen können die WirelessHART-Feldgeräte dort platziert werden, wo sie auch bei einer drahtgebundenen Installation platziert würden. Das selbstorganisierende Netzwerk übernimmt die Ausgestaltung des Mesh-Netzwerks sowie den Aufbau der Kommunikation und passt sich ohne weiteren Eingriff durch einen Bediener oder Ingenieur an die Prozessanlagenumgebung an. Jedoch müssen einige Gegebenheiten berücksichtigt werden, die zu einer Änderung der Position des WirelessHART-Feldgeräts (oder zumindest der Antenne) führen können Platzierung von Gateways Normalerweise wird das WirelessHART-Gateway zuerst platziert, da es das zentrale Element eines WirelessHART-Netzwerks ist. Es gibt drei grundlegende Möglichkeiten für die Platzierung eines WirelessHART-Gateways. Wo es am einfachsten mit dem System oder Werksnetzwerk zu integrieren ist. Dies ist im Normalfall das Gebäude, in dem sich die Leitwarte befindet. Dies bietet die kürzeste Kabellänge zu dem/den drahtgebundenen Interface(s) der/des WirelessHART-Gateways. 2 Die zentrale Anordnung in der Mitte des geplanten Netzwerks stellt die beste Position dar, damit die meisten der Geräte eine direkte Kommunikationsverbindung mit dem Wireless HART-Gateway haben. Diese bietet das höchste Maß an Zuverlässigkeit. 3 Zentral in der. Dieser Ort bietet die größte Flexibilität für zukünftige Erweiterungen des anfänglich geplanten Netzwerks auf andere Bereiche in der. Mit dieser Lösung wird die höchstmögliche Flexibilität erzielt. Es ist anzustreben und bewährte Praxis, dass mindestens 25 % der Feldgeräte über einen direkten Kommunikationspfad zum Gateway verfügen. Auf diese Weise ist eine ausreichende Anzahl an Datenkommunikationspfaden für die weiter entfernten Geräte gewährleistet. Idealerweise wird die Antenne des WirelessHART- Gateways in einem Bereich aufgestellt, an dem eine Sichtverbindung besteht, auch wenn Repeater nicht in dieser Höhe platziert sind. So erhalten die Kommunikationspfade sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Komponente. Darüber hinaus sollte die Antenne, wie dies auch bei Repeatern (siehe 4.2.4) der Fall ist, über eventuell vorhandene dichte Strukturen hinausragen, um eine optimale Reichweite zu erzielen. Die Antenne des Gateways sollte für eine optimale Leistung mindestens 1 m von anderen Antennen entfernt installiert werden. ProzESS Leitwarte Einfachste Integration Mitte der Mitte des geplanten Netzwerks Geplantes Netzwerk Abb. 6: Platzierung des Gateways in Bezug auf das geplante Netzwerk 08 / 17

9 4.2.2 Platzierung der Feldgeräte Im Allgemeinen können die WirelessHART-Feldgeräte wie alle anderen drahtgebundenen Geräte entsprechend den von der Messaufgabe gestellten Anforderungen platziert werden. Das selbstorganisierende Mesh-Netzwerk passt sich ohne Eingriff durch eine Person an die Prozessumgebung an. Dennoch müssen einige Aspekte des Nahbereichs um die einzelnen Feldgeräte berücksichtigt werden, um eine gute Funkkommunikation sicherzustellen: Installieren Sie die Geräte in einer Entfernung von mindestens 0,5 m zu vertikalen Oberflächen (Wand), um Nahfeld-Reflexionen zu vermeiden, die die Funkkommunikation stören können. (Die Funkwellen benötigen einen gewissen Raum zur Entfaltung.) Installieren Sie die Geräte mindestens 1,5 m über dem Boden, um die Effekte der Fresnelzone zu minimieren. (Die Funkwellen benötigen einen ge- wissen vertikalen Raum, um eine gute Verbindung zwischen Kommunikationspartnern zu bieten.) Achten Sie darauf, dass die Geräte mindestens 0,5 m entfernt voneinander platziert werden, um Übersprechen zu vermeiden. (Die Funkwellen von zu nah beieinander liegenden Nachbargeräten können sich gegenseitig stören.) Bewährte Praxis ist die Verwendung von mindestens 5 Geräten in einem WirelessHART-Netzwerk. Zwar ist auch ein Betrieb mit weniger Geräten möglich, doch wird das Netzwerk mit einer zunehmenden Anzahl von Geräten stärker und zuverlässiger, da mehr alternative Pfade zur Verfügung stehen. Das Netzwerk kann jederzeit erweitert werden, entweder aufgrund des Bedarfs an weiteren Messsignalen, oder auch mit Repeatern ohne Messfunktion zur Stärkung des Netzwerks. ProzESS Leitwarte Geplantes Netzwerk Abb. 7: Platzierung von Geräten im geplanten Netzwerk Prüfung auf Kommunikationsfähigkeit Nach der Platzierung der Geräte muss geprüft werden, ob die einzelnen Feldgeräte über gute Funkverbindung zu genügend Nachbargeräten verfügen. Um einen guten Empfang zu gewährleisten, sollte die Stärke des Signals -60 bis -70 dbm nicht unterschreiten. Selbstverständlich muss für die Kommunikation mit dem Netzwerk mindestens ein Nachbargerät verfügbar sein. Die Verbindung zu nur einem Nachbargerät kann hingenommen werden, wenn sich das Gerät am äußeren Rand eines Netzwerks befindet und seine Daten nicht wichtig sind. Das Problem besteht darin, dass ein Ausfall der Kommunikation mit diesem einen 09 / 17

10 Nachbargerät, aus welchem Grund auch immer, dazu führt, dass das Gerät verloren ist. Um jedoch ein Maschen-Netzwerk mit redundanten Pfaden aufzubauen, muss jedes Gerät mindestens zwei Nachbarn haben. Beim Ausfall eines Nachbargeräts übernimmt das zweite Gerät die Verbindung zum WirelessHART-Netzwerk. Die bewährte Praxis zum Aufbau eines wirklich stabilen Maschen-Netzwerks besteht jedoch darin, darauf zu achten, dass jedes Gerät über drei Nachbargeräte verfügt. Dies sorgt für ein zusätzliches Maß an Redundanz, da die Netzwerkverbindung auch beim Ausfall von zwei Nachbargeräten weiterhin besteht. ProzESS Abb. 8: Gerät 1 besitzt gute Verbindungsmöglichkeiten (4 Nachbarn) Allerdings wird nicht in allen Fällen jedes Gerät 2 oder 3 Nachbarn haben. Wenn sich zeigt, dass dies der Fall ist, ist es möglich bzw. erforderlich, zusätzliche Repeater aufzustellen, um das Netzwerk zu stärken und dafür zu sorgen, dass zu allen Geräten eine gute Verbindung besteht. ProzESS Abb. 9: Bedenkliche Verbindung: Gerät 1 hat nur 2 Nachbargeräte. Gerät 2 wird zusätzlich platziert, um als Repeater und 3. Nachbar zu dienen. 10 / 17

11 Denken Sie bei der Prüfung der Verbindungen daran, dass die Ausbreitung von Funkwellen von der Umgebung abhängig ist (siehe 4.1). Dies hat zur Folge, dass jedes Gerät, je nach der Infrastrukturdichte in seiner näheren Umgebung, einen anderen Kommunikationsradius besitzt. Dies muss besonders berücksichtigt werden, wenn der Kommunikationsradius die Grenze zu einer anderen Umgebung schneidet. Dieser Umstand führt zur Verformung des theoretischen Kreises in Form einer Abflachung oder Ausweitung: HINDERNISFREI: 250 m DICHTE BEBAUUNG: 30 m Abb. 10: Die Kommunikationsentfernungen beim Erstrecken in Bereiche mit anderer Infrastrukturdichte Ein weiterer bei der Prüfung der Verbindungen zu berücksichtigender Aspekt ist die dritte Dimension. Bei den für WirelessHART-Geräte verwendeten Antennen handelt es sich um Dipolantennen. Diese strahlen die Funkwellen nicht in alle Richtungen gleichmäßig ab, sondern vielmehr in der horizontalen Ebene in Form eines Torus oder Ringes. Der Öffnungswinkel dieses Torus beträgt 45, und Geräte können nicht miteinander kommunizieren, wenn der vertikale Winkel zwischen ihnen diesen Öffnungswinkel überschreitet. Dies bedeutet, dass beim Platzieren von Geräten in mehreren Ebenen sichergestellt werden muss, dass der vertikale Winkel zwischen diesen Geräten kleiner als 45 ist. Wenn der Winkel größer als 45 ist, der Höhenunterschied zwischen den Geräten jedoch weniger als 15 m beträgt, sollte dies kein Problem sein, sofern sich die Geräte nicht genau übereinander befinden. annehmbare Verbindung Keine Verbindung gute Verbindung Abb. 11: Qualität der Funkkommunikation in Beziehung zum Gerätestandort aufgrund der Antennencharakteristik 11 / 17

12 4.2.4 Platzierung von Repeatern Die meisten WirelessHART-Feldgeräte werden wahrscheinlich in einer Umgebung mit vielen Hindernissen und einer somit begrenzten Reichweite installiert. Zum Erzielen einer optimalen Abdeckung können Repeater an strategisch günstigen Stellen platziert werden. Sichtverbindung oder geringe Bebauung 2 m Das Platzieren der Repeater in dem Bereich über der dichten Infrastruktur bietet eine maximale Reichweite zwischen den Repeatern, sodass eine Art Repeaterschicht-Netzwerk entsteht. Während die Repeater möglicherweise sogar eine direkte Verbindung zum Gateway ohne Zwischenstation besitzen, reicht ihre Kommunikation nach unten in den Bereich hoher Dichte, sodass sie einen Kommunikationspfad für die dort befindlichen Geräte bereitstellen. Bei der Kommunikation nach unten zu den Feldgeräten muss beachtet werden, dass die Dipolantennen einen Öffnungswinkel von 45 besitzen. Die Repeater müssen also so platziert werden, dass sich die Geräte innerhalb des jeweiligen Antennenöffnungswinkel befinden. Repeater können auch dafür eingesetzt werden, um Hindernisse zu umgehen oder die Reichweite des Netzwerks zu vergrößern. Sie ermöglichen die Kommunikation über oder um Hindernisse herum, sodass Geräte weiter vom Gateway entfernt eingesetzt werden können. Es hat sich bewährt, Repeater an erhöhten Stellen zu installieren, beispielsweise an Kaminen oder tragenden Konstruktionen. Der Grund dafür ist, dass die physische Infrastruktur mit zunehmender Höhe Dichte Bebauung Abb. 12: Sichtverbindung oberhalb hochdichter Infrastruktur gewöhnlich weniger dicht ist, sodass ein besserer Kommunikationspfad für das Funksignal vorhanden ist. Dadurch kann der Repeater Verbindungen zu einer größeren Anzahl von Geräten aufbauen, was bedeutet, dass er mehr Nachbarn hat. Und je mehr Nachbarn jedes Einzelgerät besitzt, umso stärker ist das Netzwerk. In einigen Fällen kann es jedoch praktikabler sein, einen Repeater oder ein sekundäres Gerät in einer geringeren Höhe zu platzieren, um die Kommunikation um ein Objekt wie ein Gebäude herumzuführen. Ein Repeater muss keine verlorene Investition nur zur Stärkung und Erweiterung des Netzwerks sein. Es kann sich später herausstellen, dass der Repeater auch wenn dies in der ursprünglichen Netzwerkplanung nicht vorgesehen war nützliche Messungen liefern und als sekundäre Instrumentierung dienen kann. REPEatER ÜBER ODER UM HINDERNISSE Repeater über Dachhöhe Repeater unter Dachhöhe Abb. 13: Aufstellung von Repeatern zur Umgehung von Hindernissen 12 / 17

13 4.2.5 Erweiterung eines Netzwerks Das WirelessHART-Netzwerk ist keine statische Installation. Das selbstadaptierende Maschen-Netzwerk ermöglicht das spätere Hinzufügen eines weiteren Geräts an einem beliebigen Ort, an dem eine Kommunikationsverbindung zu einem anderen Gerät besteht. Dies kann innerhalb des Außenumfangs des bestehenden Netzwerks sein oder auch eine Erweiterung des Netzwerks nach außen darstellen. Die Fähigkeit des Netzwerks zur Selbstorganisation ermöglicht den Aufbau der Kommunikationspfade für das neue Gerät ohne menschlichen Eingriff. Das Netzwerk wird ständig vom Netzwerkmanager gepflegt, indem er die Datenpfade fortlaufend bewertet und erforderliche Anpassungen vornimmt, um die Zuverlässigkeit der Datenübertragungen zu gewährleisten. Die Reichweite eines WirelessHART-Netzwerks ist nicht auf die Sichtverbindung zum Gateway beschränkt. WirelessHART-Netzwerke können sich aufgrund der verwendeten Maschentechnologie über viele hundert Meter erstrecken. Jedes im Netzwerk eingesetzte Feldgerät muss lediglich eine Verbindung zu mindestens einem anderen Netzwerkgerät, vorzugsweise jedoch zu zwei oder mehr Geräten besitzen (s ). ProzESS Anfangs-Netzwerk Leitwarte Abb. 14: Erweiterung des Netzwerks durch einfaches Platzieren von Geräten 4.3 Zusammenfassung Zusammengefasst sollten bei der Planung eines WirelessHART-Netzwerks die folgenden Schritte durchgeführt werden. Planen Sie Ihr Netzwerk so um die herum, wie dies bei einer herkömmlichen Instrumenteninstallation der Fall wäre. Verwenden Sie eine Maßstabszeichnung und die geschätzte Dichte der Infrastruktur für die Planung der Geräteplatzierung. Stellen Sie das Gateway an einer Stelle auf, die alle Anforderungen für die Verbindungen des Systems und voraussichtliche Erweiterungen des Netzwerks erfüllt. 13 / 17

14 Platzieren Sie die Geräte entsprechend der Anforderungen Ihrer Anwendung. Beachten Sie dabei lediglich die direkte Umgebung des Geräts, da diese Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Funkkommunikation hat. Verwenden Sie Repeater oder sekundäre Instrumente zur Füllung von Lücken in der Netzwerkabdeckung bzw. zur Umgehung großer Hindernisse. Verwenden Sie eine Richtantenne oder eine Antenne mit höherer Reichweite, falls diese zum Erreichen entfernter Bereiche erforderlich ist. 5 Inbetriebnahme des Netzwerks Nachdem festgelegt wurde, wo die Geräte platziert werden können, besteht der nächste Schritt in der Inbetriebnahme des Netzwerks. Als Access Point und Kernelement des Wireless- HART-Netzwerks, muss das Gateway zuerst installiert und in Betrieb genommen werden. Die Mindestkonfiguration, über die das Gateway verfügen muss, ist die Netzwerk-ID und der Verbindungsschlüssel für das Netzwerk. Das Feldgerät, das als erstes in Betrieb genommen werden muss, ist das Feldgerät, das dem Gateway am nächsten liegt. Die Parameter können entweder in der Wartungseinrichtung oder online im Feld voreingestellt werden. Auch hier sind als Mindestparameter die Netzwerk-ID und der Verbindungsschlüssel erforderlich. Darüber hinaus ist es bewährte Praxis, neben Netzwerk-ID und Verbindungsschlüssel auch zumindest den Long Tag einzustellen. Falls möglich, ist es ratsam, in der Wartungseinrichtung Voreinstellungen der Geräte mit allen notwendigen Parametern sowie anwendungsbezogenen (z. B. Signalrate) vorzunehmen und die Geräte dann einfach im Feld einzuschalten. Nachdem das erste Gerät mit dem Netzwerk verbunden ist, fahren Sie mit dem Feldgerät fort, das am zweitnächsten zum Gateway liegt, dann mit dem drittnächsten usw., bis das gesamte Netzwerk gestartet ist. 14 / 17

15 6 HOST-Integration Im Prinzip ersetzt ein WirelessHART-Netzwerk ein Remote-I/O-System. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Übertragungsbus eines Remote-I/O- Systems durch einen Funkübertragungsbus ersetzt wird, dass Karten von jedem Anbieter an ihn angeschlossen werden können und dass diese Karten nicht in einem Schaltschrank oder -kasten untergebracht werden müssen. Wie bei einem Remote-I/O-System stehen mehrere verschiedene Optionen für die Busverbindung zum Werksnetzwerk zur Verfügung. Für die physische Verbindung sind meist entweder RS485 oder Ethernet verfügbar. Gateways bieten verschiedene Protokolle für die Übertragung über die Busse, z. B. Modbus. Die Daten können von unterschiedlichen Systemen verwendet werden. Leitsystem: Daten können zur Überwachung zusätzlicher Parameter genutzt werden, die den Prozess beeinflussen können und bei der Prozessregelung berücksichtigt werden müssen. Scada-Systeme: Sammlung von Daten für die Prozessüberwachung, z. B. zur Prozessoptimierung und Qualitätssicherung Asset Management: Überwachung des Status und Management von Parametersätzen der Feldgeräte ERP: Planung beim Lieferketten-Management auf Grundlage von Daten, die direkt aus dem Werk stammen SCADA ERP Netzwerk PLS Wartungsstation Feldbus WirelessHart Gateway WirelessHart Gateway Zone 1 Feldgeräte Abb. 15: Kommunikationsstruktur von WirelessHART 15 / 17

16 7 Dokumentation Werke werden im Allgemeinen gemäß EN62424 oder ISA 5.1 dokumentiert. Bei beiden Methoden werden Symbolsätze zur Darstellung von Messgeräten (Kreise) und allgemeinen Datenverarbeitungsgeräten (Sechsecke) verwendet. Da Repeater, Adapter und Gateways in einem weiteren Sinne Datenverarbeitungsgeräte sind, können Sechsecke zu ihrer Darstellung zusammen mit anwenderdefinierten Buchstaben verwendet werden. Diese können mit dem Zeichen für nicht gerichtet abgestrahltes Signal aus ISA 5.1 ergänzt werden. YG 1945 TT 1945 Feldgerät mit externem Sensor GATEWAY 1 2 YG 1945 TT TT 1945 YR 1945 YA V RS485 Abb. 16: Symbole zur Dokumentation von Wireless- HART-Geräten Falls weitere Informationen gewünscht werden, z. B. die Verbindung zu einem Regelkreis oder zur Versorgungsspannung, können die Symbole erweitert werden (Abb. 16). Mit diesen Symbolen ist die Dokumentation einer Prozessautomationsanlage recht einfach um komfortabel. Die meisten Symbole sind bekannt und werden bereits bei drahtgebundenen Installationen verwendet, der Draht wird lediglich durch das Zeichen für ein nicht gerichtet abgestrahltes Funksignal ersetzt. Feldgerät mit schleifengespeistem Adapter V + - YA 2010 Abb. 17: Erweiterung des Symbolsatzes YG 1234 FüllstaND TL 1945 YA 1945 Gateway TT 2010 TEMPERATUR VENTILSTELLUNG TT 2010 SPEICHER TP 2000 VENTILSTEllUNG PUMPE 1 VENTIL 1 VENTIL 2 PUMPE 2 Abb. 18: Dokumentierte WirelessHART-Installation 16 / 17

17 prozessautomation PROTEcTINg your PROcESS Technical White Paper Planung und Errichtung von Netzwerken Seit mehr als einem halben Jahrhundert entwickelt Pepperl+Fuchs neue Konzepte für die Welt der Prozessautomation. Unser Unternehmen setzt Maßstäbe für Qualität und innovative Technologie. Wir entwickeln, produzieren und vertreiben weltweit elektronische Interface-Bausteine, Human-Machine Interfaces und Geräte zum Schutz explosionsgefährdeter Bereiche, wobei wir die höchsten Ansprüche der Anwender erfüllen. Durch unsere weltweite Präsenz und unsere hohe Flexibilität in Produktion und Service können wir anwendungsbezogene Komplettlösungen anbieten wo immer und wann immer Sie uns brauchen. Wir sind die anerkannten Experten in unseren Technologien Pepperl+Fuchs hat sich als Partner der weltweit größten Anwender von Verfahrenstechnik etabliert und bietet das umfassendste Portfolio an bewährten Komponenten für die unterschiedlichsten Anforderungen Zentrale Deutschland/Weltweit Pepperl+Fuchs GmbH Mannheim Germany Tel pa-info@de.pepperl-fuchs.com Zentrale Asien Pepperl+Fuchs PTE Ltd. Singapur Tel pa-info@sg.pepperl-fuchs.com 3 Zentrale Westeuropa und Afrika Pepperl+Fuchs N.V. Schoten/Antwerpen Belgien Tel pa-info@be.pepperl-fuchs.com 6 Zentrale Nordeuropa Pepperl+Fuchs GB Ltd. Oldham England Tel pa-info@gb.pepperl-fuchs.com 4 Zentrale Mittlerer Osten/Indien Pepperl+Fuchs M.E (FZE) Dubai VAE Tel: pa-info@ae.pepperl-fuchs.com 7 Zentrale Süd-/Osteuropa Pepperl+Fuchs s.r.l. Sulbiate (MB) Italien Tel pa-info@it.pepperl-fuchs.com 5 Zentrale Nord-/Zentralamerika Pepperl+Fuchs Inc. Twinsburg Ohio USA Tel pa-info@us.pepperl-fuchs.com 8 Zentrale Südamerika Pepperl+Fuchs Ltda. São Bernardo do Campo SP Brasilien Tel pa-info@br.pepperl-fuchs.com Änderungen vorbehalten Copyright PEPPERL+FUCHS Printed in Germany Part No /11 00