Vergleich Funktechnologien für die Feldbusübertragung. Schildknecht AG (Vorstand Dipl.Ing. Thomas Schildknecht)

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Helmut Graf
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1 Vergleich Funktechnologien für die Feldbusübertragung Schildknecht AG (Vorstand Dipl.Ing. Thomas Schildknecht)

2 Vortragsmotivation? Warum gibt es nicht einen einheitlichen Funkstandard? Vergleich Funktechnologien 2

3 Kabelschnittstelle Profibus /Profinet Vergleich Funktechnologien 3

4 Erfahrungshorizont Profibus & Profisafe SIEMENS S7 2,4GHz pwlan 2,4GHz Bluetooth 1,9GHz DECT 5GHz a MHz 4xxMHz 20ms 25ms 50ms 20ms 100ms 100ms 100ms Vergleich Funktechnologien 4

5 Vergleich Funktechnologien 5

6 Vergleich Funktechnologien 6

7 Vergleich Funktechnologien 7

8 Vergleich Funktechnologien 8

9 Juli 2008 nach 6 Monaten Betriebszeit: Über Fahrten Ohne jegliche Funkstörung Vergleich Funktechnologien 9

10 Vergleich Funktechnologien 10

11 Vergleich Funktechnologien 11

12 Wireless Profibus / Profinet Vergleich Funktechnologien 12

13 Profinet Vergleich Funktechnologien 13

14 Wireless Profibus / Profinet Vergleich Funktechnologien 14

15 Vergleich Wireless Profinet / Profibus Empfehlung Einstellung bei Profinet mindestens 32ms Aktualisierungsrate (reduction ratio) Vergleich Funktechnologien 15

16 Datenaustausch Vergleich Funktechnologien 16

17 Mit Störung Vergleich Funktechnologien 17

18 Wireless profibus via Bluetooth LOS 5m ohne Störer Timingdelay Profibus 64Byte NLOS 10m mit WLAN Störer Vergleich Funktechnologien 18

19 Wireless profibus via Standard Mbit/s DSSS LOS 5m ohne Störer Timingdelay Profibus 64Byte NLOS 10m ohne Störer Vergleich Funktechnologien 19

20 Salzgitter Flachstahl neue Kombibeize Profisafe Funkverbindung Vergleich Funktechnologien 20

21 Stahlwerk Bremen 350m Entfernung 4 parallele Funkstrecken Profibus mit 500kbit Datenaustausch alle 60ms zu ET 200M Vergleich Funktechnologien 21

22 Wireless profibus via 2.4GHz propritary DSSS LOS 5m ohne Störer Timingdelay Profibus 64Byte NLOS 10m ohne Störer Vergleich Funktechnologien 22

23 Wireless profibus via 2.4GHz propritary DSSS NLOS 10m mit WLAN Störer Timingdelay Profibus 64Byte NLOS 10m mit BT Störer Vergleich Funktechnologien 23

24 Wireless profibus via DECT Timingdelay Profibus 4Byte Timingdelay Profibus 64Byte Vergleich Funktechnologien 24

25 Betrachtung des Funkmediums Vergleich Funktechnologien 25

26 Frequenznutzungsplan Vergleich Funktechnologien 26

27 Funkfrequenzen und Bandbreite sind ein kostbares Gut Die Resource Funkbandbreite sollte deshalb als Wirtschaftsgut geplant und verwaltet werden Vergleich Funktechnologien 27

28 Wireless QoS Anwendungsklassifizierung ISA100 Klasse Bezeichnung Beispiel Klasse 0 Notfallmaßnahme Klasse 1 geschlossener Regelkreis (Steuerung) Klasse 2 geschlossener Regelkreis (Überwachung) Klasse 3 offener Regelkreis Klasse 4 Visualisierung-Alarmierung Klasse 5 Up-Download/Aufzeichnung Notabschaltung, automatischer Brandschutz direkte Aktorsteuerung niederfrequente Regelkreis Optimierung manuelle Pumpensteuerung Wartung, WLAN / Internet Programmdownload Vergleich Funktechnologien 28

29 Koexistenzplanung Quelle: VDI Richtlinie 2185 Vergleich Funktechnologien 29

Bandbreite Bluetooth und Upbanded DECT 802.11 WLAN 1&2 Mbit/s Zigbee 802.

30 Bandbreite Bluetooth und Upbanded DECT WLAN 1&2 Mbit/s Zigbee , WirelessHArt a,g WLAN 54Mbit/s Vergleich Funktechnologien 30

31 Mehrwege Ausbreitung Vergleich Funktechnologien 31

32 Funkverbindung mit 2,4GHz FHSS Bluetooth über 70m

33 Funkfeld Funkkanaleigenschaften sind frequenzabhängig Breitbandige Systeme sind empfindlicher Vergleich Funktechnologien 33

34 Funkfeld Vergleich Funktechnologien 34

35 Funkfeld Vergleich Funktechnologien 35

36 Eigenschaften von Funktechnologien Vergleich Funktechnologien 36

37 WLAN b/g Eigenschaften 54Mbit/s mit WLAN g bedeutet -31db geringeres Linkbudget =1/1000 der Leistungsbilanz Vergleich Funktechnologien 37

38 Kausale Zusammenhänge Hohen Datendurchsatz erzwingt schlechtere Empfängerempfindlichkeit Vergleich Funktechnologien 38

39 Kausale Zusammenhänge niedrige Empfängerempfindlichkeit bedingt geringere Reichweite Vergleich Funktechnologien 39

40 Standard WLAN a-x ist auf hohen Datendurchsatz und niedrige Kosten optimiert und nicht auf Koexistenz, Resourcenschonung, Reichweite, Verfügbarkeit (Stabilität) der Funkstrecke (Profibuserror!) Vergleich Funktechnologien 40

41 Antennendiversity Vergleich Funktechnologien 41

42 Antennendiversity mit DATAEAGLE für 2.4GHZ DSSS Vergleich Funktechnologien 42

43 Einfluss von Störungen bei DSSS Vergleich Funktechnologien 43

44 DSSS Barkercode Vergleich Funktechnologien 44

45 DSSS Barkercode xx Standard bedeutet: weltweit wird nur ein einziger Barkercode verwendet Vergleich Funktechnologien 45

46 Einfluss von Störungen bei DSSS Nur in DATAEAGLE verfügbar! Vergleich Funktechnologien 46

47 Zusammenhang Spreadcodelänge Biterrorrate (Zigbee) 2.4GHz 32 chips /16 Codes (Zigbee) 868MHz 15 chips / 1 Code WLAN 1Mbit 11 chip / Code b WLAN 11Mbit 11 chips / 64 Codes Schildknecht 16/32 chips / 1 Code Anzahl paralleler Funksysteme im gleichen Kanal Vergleich Funktechnologien 47

48 Benötigter Störspannungsabstand Funktechnologie robuster Vergleich Funktechnologien 48

49 WLAN WLAN Koexistenz 6Mbit / s : Das Nachbarkanal signal kann um 16db grösser Sein, ohne Einfluss auf die Errorrate 54Mbit /s: Ein gleich grosses Signal vom Nachbarkanal beeinflusst bereits negativ die Errorrate Konsequenz: Mindestabstände von AP sind einzuhalten! Site Survey Software / Spezialisten wird benötigt Vergleich Funktechnologien 49

50 Bluetooth- Bluetooth Koexistenz Vergleich Funktechnologien 50

51 Studie Wireless Technologien Studie VDC 2/2007: worldwide wireless networking products Vergleich Funktechnologien 51

52 Wie könnte eine ideale Funktechnologie für Wireless Automation aussehen? FHSS - Frequenzhopper wegen Industrieumfeld mit Blacklisting DSSS wegen Prozessgewinn DSSS langer änderbarer Barkercode wegen Koexistenz Kein komplexes Funkprotokoll mit Resend und Acknowledge wegen Latenzzeit bei zyklischer Übertragung 2 vollwertige Receiver für Raum Diversity Vergleich Funktechnologien 52

53 Fazit Es gibt nicht die Funktechnolgie sondern für die jeweilige Anwendung eine geeignete oder ungeeignete Grosser Einfluss auf die Eigenschaften der Applikation hat die tatsächliche Implementierung der Kabel bzw. Anwenderschnittstelle Richtig geplant und überwacht gibt sehr gute Langzeiterfahrungen von hochverfügbaren Funkanwendungen b/g WLAN für die Automatisierungstechnik in industrieller Umgebung wenig geeignet No Wires doesn t mean no Problems! Vergleich Funktechnologien 53

54 Vielen Dank für Ihr Interesse Weitere Informationen Vergleich Funktechnologien 54

55 PN =spread=barkercode Increasing spreadcode will decrease Biterrors / Influence of other simultaneous users Vergleich Funktechnologien 55

56 Nutzung 2.4GHz Vergleich Funktechnologien 56

57 Propritäre Funktechnik WISA von ABB Vergleich Funktechnologien 57

58 Propritäre Funktechnik WISA von ABB Vergleich Funktechnologien 58

59 Wireless Profibus & Profisafe in Paris am Montmartre 2006: Fahrten ohne Unterbrechung der Funkverbindung Wireless Profibus & Profisafe in Freiburg Vergleich Funktechnologien 59

60 Vergleich Funktechnologien 60

61 Vergleich Funktechnologien 61

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