Feldbus per Funk verlängert

Für Kurzstrecken setzen sich WLAN-Lösungen im 2,4-GHz-Bereich für die Kommunikation durch. Bei längeren Distanzen eignen sich der Schmal- band-Datenfunk oder GSM/GPRS als Übertragungsmedien. Welotec erklärt die Details.

Per Definition verbindet der Feldbus in einer Anlage Feldgeräte seriell mit einem Steuerungsgerät, was den Verkabelungsaufwand im Vergleich zur herkömmlichen Parallelverdrahtung deutlich reduziert. Die in den 80er Jahren entwickelte Feldbustechnik hat sich in der Praxis längst durchgesetzt. Heute geht die Automatisierungstechnik vielerorts einen Schritt weiter: Sensorik und Aktorik sollen an ein zentrales Steuerungsgerät angeschlossen werden, obwohl sie per Kabel schwer zu erreichen sind. Dann ersetzt der Funkkanal eine Datenleitung. Während sich für Kurzstrecken vielerorts WLAN-Lösungen im 2,4-GHz-Bereich für die Kommunikation durchsetzen, sind bei längeren Distanzen andere Lösungen gefragt. Hier eignen sich der Schmalband-Datenfunk oder GSM/GPRS als Übertragungsmedien. Beide haben von Fall zu Fall ihre Vorteile oder können sich sogar hervorragend ergänzen.

Sicherheit mit Schmalband Datenfunk

Wer schon einmal an Silvester versucht hat, mit seinem Handy zu telefonieren, kennt das Problem mit überlasteten Netzen. Was in diesem Fall einfach nur ärgerlich ist, kann bei einer Katastrophe verhängnisvoll sein, wenn die Steuerung nicht eingreifen kann, weil die Kommunikation zwischen Feld- und Leitebene zusammenbricht oder Alarme sich nicht absetzen lassen. Mit Schmalband-Datenfunk kann man für solche Fälle eine private Permanentverbindung aufbauen und ist somit völlig unabhängig von Netzbetreibern.

Die Datenfunkexperten von Welotec aus Laer im Münsterland haben für solche Zwecke verschiedene Datenfunkmodems des finnischen Herstellers Satel im Programm. Angeboten werden Datenfunkmodems, die kabelgebundene serielle Datenübertragungen beispielsweise von Profibus oder Modbus transparent über Kilometer durch einen Funkkanal ersetzen. Mit dem zunehmend verbreiteten Einsatz von Ethernet in Industrieanwendungen wird aber vermehrt Datenfunkübertragung gefordert, die TCP/IP unterstützt. Deshalb bieten die Münsterländer auch das digitale Datenfunksystem Satellar an, das kabellose Datenübertragung per TCP/IP ermöglicht und gleichzeitig, dank modularem Aufbau und Linux-Betriebssystem, an Kundenanforderungen angepasst werden kann. Das Basismodul des Systems bildet die Datenfunkeinheit (Satellar 1DS) für transparente serielle Datenübertragung.

Die zusätzliche Zentraleinheit bietet neben TCP/IP-Kommunikation auch ein Linux-Betriebssystem und ermöglicht es dem Anwender somit, Softwareanwendungen zu entwickeln und im Datenfunksystem auszuführen. So lassen sich etwa kleine Sub-SCADA-Systeme auf dieser Einheit realisieren, um Daten vor Ort auszuwerten und dann nur die Ergebnisse ans zentrale Leitsystem zu übertragen. Ein optionales übersichtliches Farbdisplay erleichtert die Bedienung direkt am Gerät. Schließlich können verschiedene Erweiterungseinheiten individuell an die Bedürfnisse des Kunden angepasst werden. Hiermit lassen sich erhöhte Sendeleistungen, eine RS485/422-Schnittstelle oder weitere Ein-/Ausgänge nachrüsten.

Das digitale Datenfunksystem arbeitet im UHF-Frequenzbereich von 380...520 MHz bei Sendeleistungen von 100 mW…1 W. Damit erreicht es typischerweise Reichweiten von deutlich über 10 km, im Idealfall sogar bis zu 50 km. Die Übertragungsgeschwindigkeiten liegen bei bis zu 19.200 bps bei 12,5 kHz Kanalbreite bzw. bei bis zu 38.400 bps bei einer Kanalbreite von 25 kHz. Mittels Kanalbündelung wird sich künftig die Übertragungsgeschwindigkeit deutlich erhöhen lassen.

Weltweite Anbindung

Müssen für die Datenkommunikation jedoch größere Distanzen als mehrere 10 km überbrückt werden, können VPN-Mobilfunkrouter punkten, die je nach Bedarf auf das Übertragungsverfahren GPRS/EDGE oder UMTS/HSDPA bzw. HSUPA setzen. Die Lösung: Mit den industriellen Mobilfunkroutern der Serien ER und UR lassen sich sichere Verbindungen zu einem Endgerät aufbauen. Das es möglich ist, von mehreren Geräten aus zu einem Endgerät eine Verbindung aufzubauen, kann dieses Endgerät dann auch als Sammelpunkt angesehen werden. Die Konfiguration ist benutzerfreundlich, passwortgeschützt und schnell erledigt. Dank integrierter Ethernet-Schnittstelle können die Router an jeden Rechner oder jedes periphere Gerät mit Ethernet-Schnittstelle angeschlossen werden. Außerdem haben die verschiedenen Mobilfunkrouter eine oder zwei USB-Schnittstellen. Optional werden RS485-, RS232, digitale Ein-/Ausgänge, M-Bus oder ein zweiter Ethernet-Anschluss angeboten. Mit dem Router ist eine Kommunikation zwischen der Leitstelle und mobilen Endgeräten bzw. zwischen verschiedenen mobilen Endgeräten möglich, so als befänden sich diese in einem gemeinsamen lokalen Netzwerk (LAN). Um eine sichere Kommunikation zu gewährleisten, werden die gängigen Standards OpenVPN, IPsec, L2TP und GRE zum Aufbau getunnelter Verbindungen unterstützt. Im Router integriert sind ebenfalls ein Webserver und eine Firewall.

Je nach Produktvariante wird GPRS/EDGE und/oder UMTS/HSDPA bzw. HSUPA als Übertragungsverfahren angeboten. Die Geräte sind die ersten ihrer Art mit High Speed Uplink Packet Access (HSUPA); damit erreichen sie im Upstream Datenraten von 2 Mbit/s. Sie eignen sich somit auch für alle Anwendungen, bei denen große Datenmengen von mobilen Geräten zur Leitwarte übertragen werden müssen. Im Downlink erreichen die Mobilfunkrouter dank HSPA Übertragungsraten von bis zu 7,2 Mbit/s. Steht UMTS/HSDPA einmal nicht ausreichend zur Verfügung, schaltet der Router automatisch auf die 'langsamere' EDGE-Technologie (236 Kbit/s) oder auf GSM/GPRS Niveau um, um eine dauerhafte Verbindung zu garantieren.

Es wird also deutlich: Die beiden Technologien stehen nicht miteinander in Konkurrenz, sondern bilden je nach Situation die passende Lösung. Es gibt zudem Fälle, in denen eine Kombination beider Technologien sinnvoll sein kann. Beispiel: In hügeligen Gebieten, wie dem Schwarzwald, gibt es einige Täler, in denen es keine Mobilfunkabdeckung gibt. Will man dort einen oder mehrere Anlagenteile in ein weit entferntes zentrales Netz integrieren, kann man die große Distanz per Mobilfunkrouter abdecken und die letzten Meter auf denen kein GPRS Netz mehr verfügbar ist dann mit dem Datenfunkmodem überbrücken. W

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