Test einer Bluetooth-Funkstrecke für die Prozessautomatisierung

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1 Test einer Bluetooth-Funkstrecke für die Prozessautomatisierung Jana Krimmling, Matthias Mahlig, Steffen Peter IHP Im Technologiepark Frankfurt (Oder) Germany

2 Gliederung Motivation Eingesetzte Hardware Testaufbau Installation an einem Räumer Installation in einem Brunnenschacht Zusammenfassung Ausblick

3 Wieso Funk in der Automatisierungstechnik? Reduzierung von Verkabelungsaufwand Kostensenkung nachträgliche Installation ohne Kabelverlegung Flexibilität durch variable Anordnung Installation an schwer erreichbaren Orten Ersatz für Schleifkontakte u.ä. Projekt RealFlex

4 RealFlex Übersicht Wasserwerk Biogas-Anlage Roboter-Zelle Standards, bestehende Architektur große Distanzen, lokale Intelligenz Kleine Latenz, Robustheit FORSCHUNG & ENTWICKLUNG EINE REALFLEX ARCHITEKTUR FÜR ALLE SZENARIEN

5 Wieso Bluetooth? frei verfügbare Frequenzen, ISM Band robuste Funktechnik (AFH) Koexistenz mit anderen Funknetzen integrierte mehrstufige Sicherheitsfunktionen im Projekt entstanden: WSAF für höhere Echtzeitfähigkeit

6 Integration in einen intelligenten Sensor Ziel: intelligenter Sensor Integration eines Mikrocontrollers Möglichkeit der Verlagerung von Steuerungsfunktionen Reduzierung von Traffic im Bussystem Mögliche Verringerung von Reaktionszeiten Erweiterung der Flexibilität durch Intelligenz

7 Gliederung Motivation Eingesetzte Hardware Testaufbau Installation an einem Räumer Installation in einem Brunnenschacht Zusammenfassung Ausblick

8 Eingesetzte Hardware (RealFlex Komponenten)

9 Gliederung Motivation Eingesetzte Hardware Testaufbau Installation an einem Räumer Installation in einem Brunnenschacht Zusammenfassung Ausblick

10 Testanordnung für Einsatz im Abwasserwerk SPS S7-315 CPU PN/DP WinCC V7.0.1 Step7 V.5.4 Erfassung der Messwerte: - Drahtkommunikation - Funkkommunikation ProfiNet Profinet-Switch ET 200 S IM PN ST IO-Bereitstellung PM-E AI AI-I Wireless IO-Link für Prozessautomatisierung Reck-Stromversorgung PS 307 1x RealFlex BT-WIOL- Access-Point - WLAN IO Device - Profinet IO Device - IO-Link-Master - Bluetooth-Master 1x RealFlex BT-WIOL- Sensor-Node 1 - Bluetooth-Slave - 1 IO-Link-Slave mit 1 AI-I (4-20mA) Drahtkommunikation Signalausgabe (Simulation Drucksensor) 1 AO CPU PN/DP SM332 4 AO I SPS S7-315 Quelle: Aucoteam Berlin

11 Testaufbau Quelle: Aucoteam Berlin IHP Im Technologiepark Frankfurt (Oder) Germany All rights reserved

12 Signalqualität im Vergleich Draht - Funk Quelle: Aucoteam Berlin

13 Gliederung Motivation Eingesetzte Hardware Testaufbau Installation an einem Räumer Installation in einem Brunnenschacht Zusammenfassung Ausblick

14 Schematische Übersicht Abwasserwerk Bluetooth Funktest Quelle: Aucoteam Berlin

15 Einsatz an einem Räumer im Abwasserwerk Quelle: Aucoteam Berlin

16 Funktest mit Phoenix Bluetooth Konvertern Leitsystem Industrial Ethernet Bearbeitung Binäre Signale SPS S7-300 (im Container) Entfernung: < 50 m Reaktionszeit: < 0,5 s Server WinCC V6.0 4 DO, 4 DI PxBT Wireless-MUX-Modul ILB BT MUX ADIO OMNI (8 DI, 8 DO; Bluetooth; Omni-Rundstrahlantenne (im Container montiert) Bühne Wireless-MUX-Modul ILB BT MUX ADIO OMNI Omni-Rundstrahlantenne (auf Bühne montiert) Client Schleifringkontaktierung... 4 DI, 4 DO Auswertung Kommunikation... IO-Link-Sensoren / Aktoren (Slaves) Erfassung Binäre Signale (Mitlesen) Reale Anlage (KA Alt-Schadow) Kombibecken 1 Quelle: Aucoteam Berlin

17 Funktest mit RealFlex Hardware Komponenten GSD, IODD Gerätebeschreibungsdateien der RealFlex-Sensoren /Aktoren Leitsystem Industrial Ethernet SPS S7-300 (im Container) ProfiNet Steuerung und Visualisierung Klärwerk Server RF-BT- WIOL-AP Entfernung: < 50 m Reaktionszeit: < 0,5 s lwbt WinCC V6.0 Client Bühne Schleifringkontaktierung RF-BT- WIOL-SN4 4 DI RF-BT- WIOL-AN4 4 DO Parametrierung, Diagnose Reale Anlage (KA Alt-Schadow)... Sensoren / Aktoren 4 DI, 4 DO Demonstrator mit WIOL Demonstrator ohne WIOL Kombibecken 1 Quelle: Aucoteam Berlin

18 Anforderungen Informationserfassung Erfassung von 8 analogen Signalen 4-20mA (4x Druck 0-10bar, 4x Durchfluss 0-999,99m 3 /h) Erfassung von 8 Digitalen Signalen (Meldungen, Alarme) Weiterleitung der Signale über Funk zur SPS Steuersignalausgabe Übernahme der Signale über Funk von der SPS Ausgabe von 4 analogen Signalen 4-20mA (4x Ansteuerung FU) Zeitanforderungen (für Echtzeitfähigkeit) Sensoren / Aktoren Reaktionszeit / Ansprechzeit Druck, analog 3ms - 1s Durchfluss, analog 1s Füllstandsmelder 1s Druckschalter 30ms Funk-Kommunikationssystem Verbindungsaufbau < 3s Latenzzeit, bestehende Verbindung 20ms - 1s Jitter (Streuung der Latenzzeit) Antwortzeit 40ms - 2s Datenrate >100kbps Übertragungs-Zykluszeit 100ms - 1s Quelle: Aucoteam Berlin

19 Gliederung Motivation Eingesetzte Hardware Testaufbau Installation an einem Räumer Installation in einem Brunnenschacht Zusammenfassung Ausblick

20 Installation im Brunnenschacht

21 Ergebnisse Methodik: Rechteckimpulse T=2min (Impulsbreite=1min) Impulshöhe Eingangswert = Auflösung der Messwerte in SPS = 1 ms Zykluszeit der SPS = 2ms Vergleich der Zeitstempel bei Erreichung des Wertes je Kanal maximale Latenzzeit des Systems mit Drahtverbindung = 10ms Latenzzeit- Differenz Draht / WIOL Mittelwert Min Max Latenzzeit - WIOL 74ms 26,9ms 9ms 64ms Reihe1 Quelle: Aucoteam Berlin

22 Zusammenfassung Einsatz von Funk in der Automatisierungstechnik neu entwickelte Hardwarekomponenten Entwicklungsprozess neuer Funkkomponenten demonstriert - Labortest, Test in Einsatzumgebung - Einsatztest im Wasserwerk erfolgreich durchgeführt - Funktionstest mit minimalen Abweichungen zur Drahtverbindung - Restwelligkeit und Linearität < 0,2 % -> AD-Wandler - Test über mehrere Monate ohne Funkausfall für Prozessautomatisierung ausreichend kleine Latenzzeiten < 75 ms

23 Ausblick Einsatz von RealFlex Hardware erfolgreich momentan eher Nachfrage bei nachträglichen Installationen für Echtzeitfähigkeit: WSAF Ziel: Integration der Funktechnik in den Sensor durch Nutzung von lokaler Intelligenz mehr Flexibilität

24 Lokale Intelligenz

25 Danke Fragen? Besuchen Sie auch unseren Messestand in Halle 10 / 201.

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