DATAEAGLE Wireless Profibus & Profisafe in der praktischen Anwendung

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1 DATAEAGLE 3002 Wireless Profibus & Profisafe in der praktischen Anwendung Schildknecht AG Thomas Schildknecht (Dipl.-Ing) Haugweg 26 D Murr Tel (0)7144/ Fax ++49 (0)7144/ Internet:

2 Inhalt 1. Schräglift im Olympia-Sprungstadion Courchevel / Frankreich ab Seite 3 2. Gondel in Megeve / Frankreich ab Seite 7 3. Firma Egger in Wismar ab Seite 9 4. Airbus Hamburg Finkenwerder (Kunde Fa. MSK für Rumpf A319) ab Seite Kraftwerk Obernburg ab Seite Schräglift in Paris, Montmartre ab Seite Elektrohängebahn Getriebefertigung bei John Deere / Mannheim ab Seite Schifffahrtsampel und Hubbrückensteuerung / Firma H&F ab Seite 18 2

3 1. Courchevel Sprungschanze Aufgabenstellung: Am Aufgabenstellung: Am fand in Courchevel Frankreich ein praktischer Test mit einer Profisafe Funkübertragung statt. Im Olympia Sprungstadion transportiert eine 300m lange, schienengeführte Kabinenbahn die Springer zur Schanze. Die zur Winterolympiade 1992 installierte analoge Funktechnologie erwies sich als sehr unzuverlässig und wurde zwischenzeitlich komplett entfernt. In der Zwischenzeit muss während einer Fahrt das Personal eine ständige Sprechverbindung zur Kabine herstellen. 3

4 1. Courchevel Sprungschanze Bergstation Schräglift Talstation Schräglift Lösung: Im Rahmen einer technischen Erneuerung wird die Kabine jetzt mit Siemens Profisafe basierenden ET200 Baugruppen ausgestattet. Das Geländeprofil erlaubt keine direkte Sichtverbindung zwischen Tal und Bergstation. In der Talstation sind der Antrieb und die Steuerungstechnik untergebracht. In der Kabine werden Sensoren und Aktoren über DATAEAGLE 3002 mit 2.4 GHz 100 mw und einer Profibus/Profisafe-Verbindung an die Zentrale angekoppelt. Als Antennen werden die im Schildknecht Lieferprogramm vorhandenen speziellen 8db CP Richtantennen verwendet. Baugleiche V Richtantennen brachten gelegentliche Profibus Retries. Aus Sicht der Programmierung ist die Funkstrecke unsichtbar. Es werden unter Step 7 wie bei einer Kabelverbindung die verwendeten dezentralen DP Komponenten, hier ET 200, eingebunden. Durch die Funkstrecke werden die Daten, bedingt durch Tunnelung 4

5 1. Courchevel Sprungschanze Januar 2005:Talstation mit Schräglift während der Funktests. Blick von der Bergstation auf die Strecke. Keine Sichtverbindung zur Antenne der Talstation. über die 2.4GHz Funktechnologie, um typisch 50ms verzögert. Lediglich die Standart Profisafe Monitoring Time muss an die geänderten Bedingungen angepasst werden. Dies wird einfach im Projektmanager unter Eigenschaften Profisafe eingestellt. Durch die Erhöhung der Monitoring Time erlaubt man der Übertragungsstrecke ein größeres Zeitfenster für die Übertragungskontrolle. Läuft diese Zeit ab, ohne dass sich die Baugruppe gemeldet hat, wird ein Profisafe Monitoring Time Error ausgelöst. Sowohl CPU, hier eine S7 315F von Siemens, als auch die ET200 gehen dann in einen definierten Fehlerzustand. In diesem Fall stoppt die Kabine die Weiterfahrt. Neben den Sensorsignalen in der Kabine wird auch ein Not-Aus-Signal parallel zu den Sensor-Daten über den gleichen Profibus-Funkkanal übertragen. Juli 2005: In die obere Verkleidung wurde der DATAEAGLE eingebaut 5

6 1. Courchevel Sprungschanze Juli 2005: Basisstation mit Schaltschrank und Richtantenne. Januar 2005: Test in der Kabine mit dem Safety-Integrated-Vorführkoffer der Firma Siemens. Testergebnisse: Die Tests, die zusammen mit Siemens Frankreich, Herrn Lazzaroni und Herrn Mathieu, und der elektrischen Komplettausrüster Firma Semer, eine Poma/Leitner Tochterfirma, durchgeführt wurden war rundum erfolgreich. Die zuvor getestete Pilz Safety Steuerung mit Safecom 2.4GHz Funkübertragung hatte dagegen nach Aussagen von Semer nicht funktioniert. Mit Profitrace Analysator wurde bei 1,5Mbit Profibusgeschwindigkeit eine Dataexchangetime von 60ms auf der Slaveseite gemessen. Selbst im Bereich ohne Sichtverbindung ist durch Verwendung der CP Richtantennen kein Profibus-Fehltelegramm gemessen worden 6

7 2. Seilbahn Megeve / Frankreich Rochebrune Antenne Talstation Abbildung links: Blick von der anfahrenden Gondel Richtung Antenne mit Profisafe Master. Abbildung unten: Testaufbau in der Gondel mit Richtantenne in Richtung Talstation. Am 15. März 2005 wurde in Megeve ein Test mit einer Seilbahn und DATAEAGLE 3002 mit Profisafe durchgeführt. Von der Talstation wurde eine Verbindung zur Gondel hergestellt. Die gesamte Übertragungstrecke beträgt 1950 m. Die Höhendifferenz ca. 600 m. Die eingestellte Monitoring Time für Profisafe war bei 450 ms. Die Übertragungsstrecke ist Sichtverbindung, die durch 3 Seilbahnmasten an bestimmten Positionen unterbrochen werden kann. An der Talstation wurde eine S7 315F und in der Gondel eine ET200 mit Profisafe E/A verwendet. Insgesamt wurde bei 5 Fahrten die Übertragung unter laufenden Bedingungen getestet. Es traten keine Busfehler auf. Bei einer Fahrt wurde die Monitoring Time einmal ausgelöst. Durch Erhöhung des Wertes auf 550 ms wird ein weiteres Auslösen künftig verhindert. Die Wetterbedingen waren sonnig, ohne Bewölkung, bei ca. 0 C. Siemens Frankreich Herr Lazzorni, und Herr Matthieu sind für den Einsatz der Siemens Profisafe Komponenten verantwortlich, Firma Semer/Frankreich für die Automatisierungstechnik. 7

8 2. Seilbahn Megeve / Frankreich Rochebrune Bergstation, maximale Entfernung Blick von der Bergstation aus der Gondel:

9 3. Firma Egger in Wismar Die Firma Egger ist einer der führenden Laminathersteller weltweit. Ein großes Werk steht seit 1999 in Wismar an der Ostsee. 2 getrennte Funkstrecken sollten vor Ort vermessen werden. Bisher werden die Anlagen mit einem Schleppkabel mit Energie und Profibus versorgt. Das Schleppkabel muss regelmässig erneuert werden und ist durch die Kombination von Energie mit Datenkabel sehr teuer. 9

10 3. Firma Egger in Wismar 2 getrennte Palettenfördersysteme die von einem Master gesteuert werden Laminatzuführer für die Sägemaschinen 2 dieser Palettenförderer werden von einer S5 135U mit Profbus DP Masterbaugruppe bisher mittels Schleppkabel mit kombinierter Stromversorgung und Profibusverbindung angesteuert. Im Fahrzeug befinden sich je eine ET 200 S dezentrale E/A Klemme. Der Bus läuft mit 500 kbit. Der Kunde testete 3 Wochen eine Funklösung mit DATAEAGLE 3002 ohne jegliche Störungen. Nach Aussage des Kunden wurden keinerlei Änderungen am Projekt oder den Einstellungen vorgenommen. Eine Messung mit Profibustrace Analyser ergab über eine Messdauer von 15 Minuten keinerlei Busfehler, Syncs oder Retries. Der Datenaustausch auf der Slaveseite wurde mit 25 ms Zyklus gemessen. Die Fahrstrecke ist ca 30m ohne direkte Sichtverbindung. Im Vordergrund sieht man den Laminatplattenzuführer für die rechts erkennbaren Sägemaschinen. Die Fahrstrecke reicht vom Lager in der Nachbarhalle über ca. 70 m. Die Steuerung sitzt an der Wand links von den Brandschutztoren in der selben Halle, jedoch ohne direkten Sichtkontakt. Als Steuerung wird eine 135U verwendet. Im Fahrzeug eine ET200 die über Kabeltrommel versorgt und gesteuert wird. Mit dem DATAEAGLE-Vorführkoffer wurde eine Profisafe-Funkverbindung über die gesamte Fahrstrecke ohne Busfehler innerhalb 30 Minuten, auch bei Bewegung, festgestellt. 10

11 4. Firma Airbus in Hamburg Finkenwerder Kunde ist die Firma MSK aus Hamburg. Ein Zweiteiliges, mechanisch nicht gekoppeltes, Transportsystem für den Rumpf des A319 in der Endmontage wird über eine DE 3002-Funkstrecke verbunden. In jedem Fahrzeug sitzt eine 315F SPS. Der Notaus ist an der 315 angekoppelt und wird über Profisafe zur anderen SPS übertragen über einen DP/DP Koppler. Folgende Messungen wurden durchgeführt: Mit Profitrace Monitor betrug die Dataexchange Time am DE 3002-Master 5 ms bei 1,5 Mbit. Es waren noch weitere DP-Slaves angebunden. Am DE 3002-Slave zum DP Koppler betrug die Dataexchange Time 130 ms bei 242 Byte schreiben/242 Byte lesen. Die maximale Entfernung beträgt 50 m. Der SIL Monitor steht auf 500 ms (Angeschlossene HBC Fernsteuerung hat ebenfalls ca 500 ms Reaktionszeit). S7 DE 3002 Master DE 3002 Slave Anlagenskizze mit den verwendeten Komponenten. DP/DP Koppler S7 OP Die Dekra hat die Abnahme der Anlage vorgenommen, mit folgenden Argumenten: Die Siemens F-Steuerung erfüllt die geforderten Sicherheitskategorien DATAEAGLE verhält sich wie ein Kabel (Vorführung durch Kabelaustausch) Selbst bei kompletter Abdeckung der Richtantennen durch Metallplatten und Reduzierung auf HF Retries = 1 erfolgte kein Busfehler. 11

12 5. Kraftwerk Obernburg DATAEAGLE 3002 Master auf dem Turm Ansicht der Funkstrecke = 3000 m Auf dem Turm des Kraftwerk Obernburg wurde ein DATAEAGLE DE 3002 installiert um Daten eines Stauwehres in 3 km Entfernung an die Leitwarte anzubinden. Der vorhandene Profibus auf der Zentrale im Werk kommuniziert jetzt zu einer ET 200M. Als Antennen wurden die Richtantennen verwendet. Eine Messung mit Profitrace ergab eine Dataexchangetime von 60 ms. Der Bus wurde betrieben mit 500kbit. 12

13 5. Kraftwerk Obernburg Der Kunde reklamierte 2 mal: Reklamationsgründe: zuerst eine zu geringe Reichweite von nur 100 m Lösung: Entgegen dem Handbuch wurde beim Test nur 1 Antenne an den DATAEAGLE angeschlossen und dies auch noch nur an der Empfangsantenne. Ohne Sendeantenne wurde trotzdem eine Übertragung vom Turm über 100 m hergestellt dann Reichweitenprobleme wegen Bäumen in der Funkstrecke Problemstellung: Der Erste Test erfolgte im Winter ohne Vegetation. Im Frühjahr wurde dann DE 3002 eingesetzt. Nach Aussage des Kunden war keine Kommunikation zum Wehr über 3 m möglich, da die Bäume wieder ihre Blätter hatten und ein Baukran in der Verbindungslinie stand. In der Funkstrecke befindet sich eine Baumreihe. Die Problemlösung: Der Kunde hat die Rundstrahlantennen, die für ein 2. Projekt vorgesehen waren, am Turm montiert. Als weitere Fehlerursache wurden 2 defekte Antennenkabel festgestellt. Der Elektroinstallateur hat die SMA- Verbindung bei der Befestigung mit einer Zange überdreht. Dadurch haben sich die Verbindungen vom Kabel gelöst und das Schirmgeflecht hatte einen Kurzschluss mit dem Antennenleiter. Nach Austausch der Antennen mit CP- Richtantennen lief die Profibus-Strecke sofort und ohne Fehler. Als Zwischenschritt eingebaute normale V-Richtantennen mit gleichem Antennengewinn hatten noch gelegentliche Verfügbarkeitslücken von einigen Sekunden pro Tag. Als Erkenntnis kann man verbuchen, dass CP-Richtantennen messbar deutlich höhere Verfügbarkeit ermöglichen. 13

14 6. Montmartre, Paris / Frankreich, Schräglift In Paris am Montmatre befinden sich 2 Schräglifte, die Besucher zur weltberühmten Sacre Coeur-Kirche befördern. Im Zuge der Modernisierung der elektrischen Anlage wurde der 1. Schräglift mit Siemens S7- Sicherheits-SPS ausgerüstet. In die Gondel wird eine Profisafe- Funkverbindung aufgebaut. Technische Daten: DATAEAGLE GHz Funkstrecke ca. 200 m Höhenunterschied ca. 40 m Profisafe mit 62 Byte IO Daten 1,5 MBit Richtantennen Typ Gemessene Accesspoints an der Bergstation: >10 Kunde: Semer Frankreich für RATP / Paris Projekt durch Empfehlung Siemens Frankreich, Niederlassung Lyon DE 3002 im Schaltschrank des Fahrzeugs DE 3002-Master in der Bergstation 14

15 7. Getriebefertigung John Deere / Mannheim In der Getriebefertigung wurde eine Elektrohängebahn mit DATA- EAGLE 3002 ausgerüstet. 4 Gehänge wurden über eine Profibus-Funkstrecke an eine Zentrale S7 angekoppelt. Nach Auskunft unseres Kunden war die Kostenrechnung ganz einfach: Der Aufpreis von 5 Leiter auf 7 Leiter Stromschiene der Firma Vahle ist teuerer als die Investitionskosten für DATAEAGLE. Bei John Deere hat man schlechte Erfahrungen gesammelt mit Datenübertragung über Schleifringe. In einer 2. EHB für die Reifenmontage kommt es sehr häufig zu Busfehlern. Die Gehänge sind dann komplett vom Bus abgekoppelt und können nur durch Anstoßen wieder Kommunikation aufnehmen. Die Firma Vahle hat bereits Powerbooster für die Profibusübertragung über Schleifringe eingesetzt und war selbst vor Ort, konnte die Fehler aber nicht beseitigen. Nach erfolgreicher Installation der Anlage in der Getriebefertigung wird jetzt auch die EHB für die Reifenmontage, die erst 2001 installiert wurde nachträglich auf DATAEAGLE umgerüstet. Erfolgreiche Installation von DATAEAGLE 3002 in der Getriebefertigung: Technische Daten: DATAEAGLE 3002; 1 Master, 4 Slaves SPS Siemens 315 DP Slave: Siemens ET, 1 Byte Schreiben/Lesen Radius ca. 20 m Funktechnik: 2.4 GHz WLAN Profibus-Geschwindigkeit: 1.5 Mbit Dataexchangetime: Masterseite 2,5 ms 15

16 7. John Deere / Mannheim Anlage für die Reifenmontage Hier kommen die fertig montierten Reifen von der Aufblasstation 16

17 7. John Deere / Mannheim Anlage für die Reifenmontage Diese Anlage wird umgerüstet von Vahle-Schleifringe auf DATAEAGLE Funk. Es müssen keine Änderungen an der SPS durchgeführt werden, da DATAEAGLE sich verhält wie Vahle Profibus über Schleifleitung. Der Kunde hat lediglich die niedrige Datenrate die für die Schleifringübertragung notwendig war erhöht. Datenrate: 1,5 Mbit Data exchangetime: Slaveseite 60 ms Mastersteuerung: S7 315 DP Slave SPS S7 313 mit CP Ankopplung Links sieht man die Antennen auf dem Deckel der Schaltschränke, rechts im Vordergrund die Antenne des Profibus Master Funkmoduls 17

18 8. Schifffahrtssignalanlage Firma H&F Dieses Brückenhebewerk ist mit der Signalanlage gekoppelt An der Ostsee wurde eine Schifffahrtssignalanlage mit DATAEAGLE 3002 als Funkübertragung ausgerüstet, um über einen Fluss hinweg eine Datenverbindung aufzubauen. Die Signalanlage ist gekoppelt mit einem Brückenhebewerk. Es wurde mit einer Sicherheitsübertragung auf Profisafe-Basis realisiert. Die gesamte Anlage ist redundant ausgelegt mit S7 400F-Steuerung und Doppelt H CPU. Signalanlage An der Rückseite sieht man die Richtantenne 18

19 8. Schifffahrtssignalanlage Firma H&F Doppelfunkstrecke an einer S7 400 mit Profisafe-Übertragung. Dieses Bild zeigt den Laboraufbau zum Funktionstest. Schaltschrankeinbau. 19