Wireless Profibus

Die Automationstechnik und der wichtige Bestandteil Wireless Profibus

Die Automatisierungstechnik ist ein Begriff, der sich nicht gänzlich greifen lässt, und dennoch innerhalb der Industrie
einen wichtigen Standpunkt einnimmt, da durch die hierbei entwickelten Applikationen die Möglichkeit geschaffen
wird, systeminterne Vorgänge zum einen zu automatisieren und zum anderen Prozesse abzusichern. Diese
Technologie schafft eine sichere Datenübertragung zwischen den Teilnehmern eines Netzwerks, sodass diese
miteinander kommunizieren und Arbeitsschritte initialisieren können. Der Aspekt der Sicherheit wird durch die
regelmäßige, eigenständige und gegenseitige Diagnose und Ermittlung von Zustandswerten bedient.

Die Übertragung erfolgt bei der Automatisierungstechnik über Feldbusse, die drahtlos arbeiten können und lediglich
über digitale oder funkgesteuerte Schnittstellen die Datenpakete an den jeweiligen Empfänger übermitteln. Ein
spezieller Feldbus ist der Wireless Profibus, der der drahtlosen Übertragung über eine Funkschnittstelle dient.

Die Funktionsweise vom Wireless Profibus

Zwar wird bei dieser Art des Datenversands keine klassische Kabelschnittstelle verwendet, dennoch wirkt die
Funkstrecke aus dem technischen Blickwinkel wie ein Kabel. Bei dem verwendeten System handelt es sich um eine
Master-Slave-Verbindung, bei welcher eine von drei Komponenten für die zyklische Datenübertragung vom Master
zum angeschlossenen Slave sorgt:

  • Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
  • Programmiergerät
  • Operatorpanel

Doch bei der Funkübertragung gibt es auch eine Herausforderung, wenn es darum geht die Daten vom Wireless
Profibus auf die Kabelschnittstelle zu übertragen, sodass die Daten im Bereich zwischen 9,6 kbit/s und maximal 12
MBit/s landen. Um dies zu realisieren, bedarf es einer strikten Einhaltung des Timings. Nur so lässt sich ein
störungsfreier Betrieb gewährleisten, der für den Vorgang entscheidend ist.

Lösungsansätze für die technische Herausforderung beim Wireless Profibus

  • Die Einhaltung des Timings ist bei einer herkömmlichen Übertragung über Funkstrecken nicht immer möglich, sodass das Prinzip der Umtastung herangezogen werden muss, bei welchem eine Lichtschranke die Position des übertragenden Mediums einnimmt. Um die Funkübertragung mit dem Wireless Profibus dennoch zu ermöglichen, stehen drei unterschiedliche Lösungsansätze zur Verfügung: Funkmodem als Gateway – Bei dieser Möglichkeit der Realisierung werden die Telegramme nicht über Funk versendet. Vielmehr findet sich hier eine Slavefunktion innerhalb des Funkgeräts. Durch die Einbindung eines Masters mittels einer GSD Datei, einer Datei die die Gerätestammdaten enthält, wird unter anderem das Datengerüst definiert. Über den Funkkanal erfolgt dann bei der Gateway-Lösung lediglich der Austausch der Nettodaten. Allerdings hat diese Option den Nachteil, dass die vielfältigen Mechanismen zur Überwachung, die im Wireless Profibus integriert sind, nicht genutzt werden können. Der Vorteil besteht jedoch darin, dass die Entkopplung des Timings von der entsprechenden Funkstrecke dazu führt, dass die technische Realisierung vereinfacht wird.

  • Transparente Funkübertragung mit Veränderungen des Timings – Dies ist die zweite Lösungsmöglichkeit für das Problem der technischen Herausforderung. Bei diesem Ansatz wird die zyklisch anlaufende Datenübertragung vom Wireless Profibus derartig verlangsamt, dass eine wesentlich längere Antwortzeit zur Verfügung steht. Dies geschieht durch die Einfügung von großen Pausen zwischen den einzelnen Telegrammübertragungen. Durch diese Verlangsamung wird erreicht, dass der Bus innerhalb der Spanne von 9,6 kbit/s bis zu mindestens 93,75 kbit/s betrieben werden kann. Die TSLOT-Zeit hat dabei einen erhöhten Maximalwert von 16000 Bit-Zeiten. Doch auch hier gibt es zwei wesentliche Nachteile für den Wireless Profibus, die im Wegfallen der Anschlussmöglichkeit von kabelgebundenen Teilnehmern an den gleichen Master, und der Auslösung von Fehlern am Master bei Unterbrechungen von gerade einmal 100 ms liegen. Vorteilhaft ist jedoch die Kostenminimierung durch den Einsatz von einfachen und günstigen Funkmodulen.

  • Transparente Funkübertragung ohne Veränderungen des Timings – Dieser letzte Lösungsansatz basiert auf der ausschließlichen Funkübertragung von Änderungen. Hierbei werden zunächst die Daten am Funkmodul an der Kabelschnittstelle angenommen, vorausgesetzt es liegt eine extrem hohe Datenrate vor. Anschließend werden die zyklisch redundanten Daten entfernt. Durch diese Vorgehensweise kann der Wireless Profibus so verwendet werden, dass sich die Funkstrecke technisch gesehen wie ein Kabel verhält. Hierdurch können alle Diagnosefunktionen der Technologie weiterhin zur Verfügung gestellt werden und es lassen sich beliebige Master und Slaves ankoppeln. Vorteilhaft ist auch die Zeitüberwachungsfunktion, die im Funksystem erst ausgelöst wird, wenn eine frei parametrierbare Zeit abgelaufen ist, nach welcher die Unterbrechung durchgeführt wird.

Die Profibus-Technologie

Entwickelt wurde Profibus, bei welchem es sich neben einem universellen Feldbus auch um die Basis für den
Wireless Profibus handelt, von der Siemens AG und der entsprechenden Nutzerorganisation von Profibus.
Haupteinsatzort liegt in der Automatisierung von Fertigungsvorgängen, Prozessen und der Gebäudetechnik. So
werden durch diesen in der internationalen Normenreihe IEC 61158 festgelegten Standard die technischen
Merkmale von seriellen Feldbussystemen bestimmt, mit welchem diverse Geräte von der Feldebene bis zur
Zelleneben vernetzt werden können, damit eine Automation möglich wird. Somit basiert Wireless Profibus auf einem
anerkannten Standard, bei welchem sich die Protokollarchitektur am OSI-Referenzmodell orientiert und somit ein
Multi-Master-System geschaffen wird, welches den gemeinsamen Betrieb von Automatisierungssystemen realisiert.