Funkanwendungen in der Automatisierungstechnik

Transkript

1 Funkanwendungen in der Automatisierungstechnik Funk Fuchs GmbH & Co KG (Dipl.Ing. Thomas Schildknecht, Vorstand Schildknecht AG)

2 Sinnvolle Einsatzbereiche von Datenfunklösungen Als Technologische Alternative für Schleifring, Schleppkabel, Hohlleiter oder Datenlichtschranken, Induktive Datenübertragungssysteme Mobile oder drehende Systeme: Förderfahrzeuge, Kräne, Produktionsanlagen, Kläranlagen Überbrückung von Strassen, Gebäuden, Grundstücken, Bahnlinien und Gewässern Zeitlich begrenzter Einsatz einer Verbindung Wels

3 Warum Funktechnologie? Kosten der Funktechnologie müßen durch Mehrwert kompensiert werden: Investitionskosten minimieren Arbeitskosten senken Stillstandszeiten der Anlage reduzieren Inbetriebnahmezeit verkürzen Kontinuierliche Vorfeld Information zur Ausfallvermeidung Reisekostenersparnis Verbesserung/Optimierung der Prozessabläufe Wels

4 wie sicher ist eine Funkverbindung? security Informationssicherheit gegenüber Manipulation (Schutz der Maschine vor dem Menschen) confidentiality - Vertraulichkeit safety Funktionale Sicherheit (Schutz des Menschen vor der Maschine) availability - Verfügbarkeit einer Funkstrecke

5 Erfahrungshorizont Funktechniken MHz 869/915MHz 900MHz 1,9GHz DECT 6 Watt 500mW GSM Mobilfunk 2 Watt 250mW 2,4GHz WLAN/ DSSS 100mW 2,4GHz Zigbee/ DSSS 50mW 2,4GHz Bluetooth FHSS 1-100mW 5GHz WLAN/ h 200mW/400mW Wels

6 Wireless Marktuntersuchung Frost & Sullivan 2009 Wels

7 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 Profibus PA DP/PA Link Wels

8 Profibus Marktwachstum SPS Magazin 4/2009 Erwartete Steigerung der installierten Profibus Knoten : Von 25 Millionen auf 50 Millionen Wels

9 1. Projekte Wels

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11 Kundenprojekt Firma Schlotterer STB Beck Wels

12 Kundenprojekt in Kufstein Wels

13 Zughebeanlage 30m Entfernung Profibus mit 500kbit Wels

14 Kundenprojekt Doppelmayr Holmenkollen Oslo Wels

15 Automobil Lackierung Wireless Profibus mit 2,4GHz FHSS Bluetooth über 70m Wels

16 Kläranlage Hennef Strecke maximal 70m Profibus Verbindung von 3 Rundräumern Funktechnik 1.9GHz DECT S7 315 Zentrale auf ET200m und Schlammspiegelmessgerät Wels

17 2. Funkmedíum Wels

18 Eigenschaften von Funktechnologien? Wels

19 Eigenschaften Funktechnologien Wels

20 Profinet WLAN WISA Zigbee Bluetooth nanoloc ZVEI : Koexistenz von Funksystemen In der Automatisierungstechnik

21 Frequenznutzungsplan Wels

22 Nutzung 2.4GHz Wels

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24 Trotz Duty Cycle von 100% gibt es Strategien die erfolgreich sind Wels

25 Funkfrequenzen und Bandbreite sind ein kostbares Gut Die Resource Funkbandbreite sollte deshalb als Wirtschaftsgut geplant und verwaltet werden = Koexistezplanung Wels

26 Snap-shot Funkfeld Feldstärke =100% = 1/10 = 1/100 = 1/ cm@2.4Ghz Wels

27 Funkkanal Eigenschaften Quelle: Firma Weidmüller Wels

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30 Bluetooth 2,4GHz K1:100mW, K2:5mW, K3:1mW Frequenzhopping 1600 Hops /Sekunde Unterschiedliche Geräte werden über Profile verbunden Funktechnik ist sehr gut eingeführt und verfügbar Geringer Protokoll-overhead viele parallele Funkstrecken hohe Verfügbarkeit in metallischer Umgebung Wels

31 FHSS Übertragungstechnik Bild : Honeywell Wels

32 Wireless LAN (IEC x) 2,4GHz 100mW 5GHz 200mW /1000mW 1MBit/s bis 108 Mbit/ s nur 3 Funkstrecken parallel hoher Bandbreitenbedarf Hardwareschnittstelle vorwiegend Ethernet noch sehr starken Erweiterungen unterworfen komplexe Konfiguration hoher Protokoll Overhead (10x höher als Profibus) CSMA/CA Medienzugriff sorgt für Unterbrechungen Frames von anderen Sendern werden verarbeitet Wels

33 Wireless LAN (IEC a/h) GHz 200mW Indoor 8 Kanäle GHz 1000mW Outdoor 11 Kanäle Outdoor mit Einschränkungen TPC Ausbreitungsbedingungen Quasioptisch International nicht einheitliche Bänder Wels

34 Bandbreite Bluetooth und Upbanded DECT WLAN 1&2 Mbit/s Zigbee, , WirelessHart a,g WLAN 54Mbit/s Wels

35 WLAN - Bluetooth Wels

36 WLAN Bandbreite Wels

37 WLAN 5 GHz h Wels

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

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

40 3. Kabelschnittstelle Wels

41 Definitionen Feldbusübertragung Zykluszeit Feldbus Zykluszeit Funkübertragung Zykluszeit Steuerung Wels

42 Definitionen Feldbus Master Feldbus Slave UDP-TCP/IP - Modbus - CAN Bus Übertragung Wels

43 Feldbus Master Feldbus Slave Zykluszeit Feldbus = Zykluszeit Funkübertragung Wels

44 Feldbus Master Feldbus Slave Keine Deterministik! Wels

45 Definitionen Deterministische Profibus / Profinet Übertragung Wels

46 Definitionen 187,5kbit ca 10ms 500kbit ca 5ms 1.5Mbit ca 1.5ms Wels

47 Definitionen Feldbus Master Feldbus Slave T6 T3 T1 T2 Zeitachse T4 T5 Wels

48 Strategien von Marktbegleitern mit WLAN und Bluetooth Wels

49 Wireless Profinet über WLAN Wels

50 WLAN CSMA/CA Mediumzugriff no no CSMA/CA Medium free? yes ipcf free? Nachteil CSMA: Wenn Fremdenergie auf dem Frequenzband empfangen wird, wartet der Sender undefiniert und unvorhersehbar yes Send data Wels

51 CSMA/CA WLAN CSMA WLAN Kommunikationszyklus: 8 ms 16 ms 32 ms 64 ms 128 ms (reduction ratio) Busfehler! Es werden 4 x 8ms = max 32ms Funkunterbrechung 4 x 16ms = max 64ms Funkunterbrechung 4 x 32ms = max 128ms Funkunterbrechung 4 x 64ms = max 256ms Funkunterbrechung 4 x 128ms = max 512ms Funkunterbrechung toleriert dann 30 Sekunden Busfehler + Störungsquittierung Wels

52 Profibus Bluetooth Profibus Telegram Bluetooth allways remember! Profibus Retry 1 Busfehler! Keine Profibus Retries einstellen bei Bluetooth! Wels

53 Profibus Bluetooth Wels

54 Profibus Bluetooth typ. 20ms Zeit Delay Datenübertragung typ. 80ms Sicherheitszuschlag FDL Profibus Dataexchange Profibus Retry FDL Busfehler! Wels

55 Neue Strategie Wels

56 DATAEAGLE Wireless Profibus Feldbus Master Feldbus Slave T3 T 1 T2 Gleiche Pfeilfarbe = gleicher Dateninhalt Zeitachse T4 T5 Trennung Zykluszeit Feldbus./. Zykluszeit Funkübertragung Wels

57 Profibus Token Wels

58 Wireless profibus über Bluetooth Wels

59 99,999999% = 1 Sekunde/ Monat 95% der Datenübertragungen 23 36ms 99,9% der Datenübertragungen 23 53ms 99,999999% der Datenübertragungen 23 89ms Wels

60 Wireless profibus WLAN b Funkmodulhersteller 1 Wels

61 Wireless profibus über b Funkmodulhersteller 2 Wels

62 Wireless profibus WLAN b Funkmodulhersteller 3 Wels

63 Wireless Profibus WLAN ohne CSMA Wels

64 Zusammenhang Verfügbarkeit Funkstrecke - Anlagenverfügbarkeit Verfügbarkeit Funkstrecke T3 > 100ms Verfügbarkeit Anwendung T2 >10 s 60s Busfehler + Quittierungszeit Bediener Wels

65 Zusammenhang Verfügbarkeit Funkstrecke - Anlagenverfügbarkeit 1 Verfügbarkeit Funkstrecke T3 >100ms Unerwünschtes Verhalten: Profibus/Profinet Verfügbarkeit Marktbegleiter T2 T2 min 20s T2 T2 T2 T2 1 Profibus Verfügbarkeit mit DATAEAGLE Patent 0 Wels

66 Zusammenhang Verfügbarkeit Funkstrecke - Anlagenverfügbarkeit Verfügbarkeit Funkstrecke T3 > 24-60ms Erwünschtes Verhalten: Profibus Verfügbarkeit mit DATAEAGLE Patent T1 > 50ms <20s Wels

67 Filterzeit Wels

68 Stresstest Video Wels

69 Stresstest Wels

70 Realisierungswege Wireless Automation Wels

71 Fazit Es gibt nicht die Funktechnolgie sondern für die jeweilige Anwendung eine geeignete oder ungeeignete Richtig geplant und überwacht unter Verwendung für die Anwendung entwickelter Produkte gibt sehr gute Langzeiterfahrungen von hochverfügbaren Funkanwendungen Schildknecht gibt auf DATAEAGLE eine Verfügbarkeitsgarantie der Profibus Funkstrecke Wels

72 Vielen Dank für Ihr Interesse Weitere Informationen Wels