Speziell im Bereich der Wasserwirtschaft, Energieversorgung und Prozessindustrie sind Aussenstationen oft über grosse Flächen verteilt und deshalb häufig datentechnisch schwer erreichbar. Moderne Kommunikationsverfahren erleichtern hier die Kontrolle und Wartung der Stationen. Wird beispielsweise eine lizenzfreie Funktechnik genutzt, kann auf das aufwändige Verlegen von Datenleitungen verzichtet werden. Meist ist den Anwendern jedoch nicht bekannt, welches technische Konzept sich für ihre Aufgabenstellung am besten eignet. Ihre Anforderungen reichen dabei von einer hohen Zuverlässigkeit und Datensicherheit über eine grosse überbrückbare Reichweite und die lizenzfreie Verwendung der Technologie bis zur einfachen Inbetriebnahme.
Überwindung von Distanzen bis 32 km
Mit Radioline bietet Phoenix Contact bereits seit mehr als zwei Jahren ein explizit für die Industrie entwickeltes zuverlässiges Funksystem im Bereich von 2,4 GHz und 900 MHz an, das sich in der Praxis etabliert hat. Die auf der Technologie «Trusted Wireless 2.0» basierende Lösung ist speziell für ausgedehnte Anlagen ausgelegt. Mit dem Radioline-Modul, das im lizenzfreien 2,4-GHz-Frequenzband arbeitet, umfasst das Portfolio eine weltweit einsetzbare Funkkomponente.
Einstellbare Datenraten der Wireless-Schnittstellen sowie eine maximale Sendeleistung von 100 mW erlauben die Überwindung von Distanzen bis 5 km bei freier Sicht. Die 900-MHz-Variante ist für eine eingeschränkte Nutzung auf dem nord- und südamerikanischen Kontinent konzipiert. Bei einer maximalen Sendeleistung von 1 mW und freier Sicht lassen sich allerdings Distanzen bis 32 km überbrücken. Besonders in Deutschland respektive Europa werden entlegene Stationen oftmals mit dem 2,4-GHz-Funkmodul in das Netzwerk integriert. In einigen Fällen stösst diese Lösung jedoch hinsichtlich der Signaldurchdringung an Grenzen. Da die Stationen in der Regel keine direkte Sichtverbindung aufweisen, benötigen die Anwender ein Wireless-System, das Hindernisse besser durchdringen und grössere Entfernungen überwinden kann. In Europa lässt sich zu diesem Zweck das lizenzfreie 868-MHz-Frequenzband verwenden.
Bessere Durchdringung von Hindernissen
Das Radioline-Modul, das im 868-MHz-Frequenzband funkt, erweist sich als optimale Lösung für entfernt installierte Aussenstationen, die häufig in unzugänglichen Waldabschnitten oder abgelegenen Wohngebieten liegen. Denn die Wireless-Komponente ist robust und zuverlässig. Darüber hinaus überzeugt sie dank der Überbrückung grosser Distanzen sowie der besseren Durchdringung von Hindernissen wie Bäumen. Das Radioline-Modul arbeitet im Sub-Band des Frequenzbereichs von 869,4 bis 869,65 MHz mit einer einstellbaren maximalen Sendeleistung von 500 mW.
Eine Besonderheit des in Europa einsetzbaren Funkmoduls ergibt sich aus der einstellbaren Datenrate der Wireless-Schnittstelle im Bereich von 1,2 bis 120 kBit/s. Auf diese Weise steigt seine Empfängerempfindlichkeit. Mit einer niedrigen Datenrate lässt sich eine erheblich grössere Entfernung überwinden als mit einer hohen Datenrate. Durch ihre individuelle Anpassung ist der Anwender somit in der Lage, die Einstellung genau an der jeweiligen Applikation und gewünschten Reichweite auszurichten. Andererseits bedingt eine Reduzierung der Datenrate eine Erhöhung der Latenzzeit der Signalübertragung im Sekundenbereich. Da die Kommunikation zum Beispiel mit Hochbehältern nicht zu den zeitkritischen Applikationen zählt, bietet sich das Radioline-Modul für derartige Anwendungen an.
Effektive Umsetzung beliebiger Netzwerkstrukturen
Jede Funkkomponente arbeitet als Master, Repeater oder Slave. Der Master initiiert den Netzwerkaufbau, während die Repeater die Daten weiterleiten und die Slaves als Endpunkte im Netzwerk fungieren. Die Funkmodule sind ab Werk konfiguriert und können daher ohne Software einfach über die Einstellung eines gelben Rändelrads in Betrieb genommen werden. Mit dem Rändelrad legt der Anwender die Radio-ID (RAD-ID) fest. Im Netzwerk muss hier jede Funkkomponente eine andere Einstellung haben. Über die Radio-ID «01» wird der Master definiert. Die Werte «02» bis «99» konfigurieren das Modul automatisch als Repeater oder Slave. Ein Funknetzwerk kann also aus bis zu 99 Stationen bestehen, wobei sich von der Punkt-zu-Punkt-Verbindung bis zu Mesh-Netzwerken beliebige Strukturen umsetzen lassen.
Das Radioline-Modul verfügt über je eine RS232- und RS485-Schnittstelle in Zweidraht-Ausführung. So können serielle Datenpakete beispielsweise zwischen Modbus-Steuerungen übertragen oder die I/O-Signale der Wireless-Slave-Stationen direkt an eine Modbus-RTU-Steuerung weitergeleitet werden. Das System ist folglich vielseitig verwendbar – sowohl für eine einfache I/O-zu-I/O-Kommunikation als auch als Ersatz serieller Kabel oder zur direkten drahtlosen Einbindung von I/O-Signalen in das Modbus-Protokoll.
Einfache Verteilung der I/O-Signale
Die Wireless-Lösung zeichnet sich unter anderem durch das einfache Verteilen der I/O-Signale im Funknetzwerk aus. Im Rahmen des I/O-Mapping lassen sich digitale und analoge Ein- und Ausgänge beliebig an jede Station im Netzwerk anreihen und problemlos in das System integrieren. Die I/O-Mapping-Adresse an den Erweiterungsmodulen wird über ein weisses Rändelrad per Fingerdreh eingestellt. Dabei muss der Anwender dem Ein- und Ausgangsmodul die gleiche Adresse zuweisen.
Erhält das Eingangsmodul die Radio-ID «73», ist das entsprechende Ausgangsmodul mit dem Rändelrad ebenfalls auf «73» einzustellen. Wie bereits erwähnt, kann der Anwender I/O-MAP-Adressen von «01» bis «99» festlegen. Die Zuweisung der Signale mittels I/O-Mapping erfolgt automatisch. Einem Eingangsmodul können mehrere gleiche Ausgangsmodule im Netzwerk zugeordnet werden. Das Radioline-Portfolio beinhaltet analoge und digitale Ein- und Ausgangsmodule mit je vier oder acht einzelnen Kanälen sowie ein sechskanaliges kombiniertes Modul. Alle Funkkomponenten sind mit einer galvanischen Kanal-zu-Kanal-Trennung ausgestattet. Digitale Kanäle mit Weitbereichseingängen und Relaisausgängen erlauben eine nahezu unbegrenzte Nutzung bis 250 V.
Individuelle Konfiguration und Diagnose per Software
Neben der einfachen Inbetriebnahme kann der Anwender das Funknetzwerk individuell per Software konfigurieren und diagnostizieren. Wird das Master-Funkmodul mit einem S-Port/USB-Adapter an den Rechner angeschlossen, lässt sich die komplette Netzwerkstruktur über die Software auf Fehler überprüfen. Darüber hinaus kann der aktuelle Status der I/O-Module je Station angezeigt und abgespeichert werden. Die Software erlaubt ferner spezifische Einstellungen, wie das Aktivieren der Datenverschlüsselung, eine Veränderung der Sendeleistung sowie die Anpassung der seriellen Schnittstellen und Betriebsmodi.
Fazit
Mit dem Radioline-System stellt Phoenix Contact somit eine einfach handhabbare, flexible und robuste Lösung für die drahtlose Signalübertragung über grosse Entfernungen in ausgedehnten Infrastrukturanwendungen zur Verfügung. Dazu tragen die Signalverteilung per I/O-Mapping, die Inbetriebnahme, Erweiterung sowie der Austausch von Funkkomponenten ohne Software-Unterstützung bei.
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