Home > Funk > 2.45 GHz Bereich 2.45 GHz Bereich An ein drahtloses Funksystem zur Sensor/Aktor-Ansteuerung werden hohe Anforderungen gestellt. Eine Marktrecherche sowie die intensive Befragung potentieller Kunden zeigt deutlich, dass ein drahtloses System in seinen Eigenschaften ähnlich leistungsfähig sein muss wie ein drahtgebundenes System und dieses bezüglich Flexibilität und Installationsaufwand deutlich übertreffen sollte. Insgesamt wurden über 100 Anforderungen spezifiziert. Als Referenzsystem für das drahtlose System dient das AS-Interface, das sich in den letzten Jahren für die Kommunikation von dezentralen Sensoren und Aktoren mit einer Steuerung in der Fertigungsautomatisierung etablieren konnte. Dies bedeutet, dass 31 bzw. 62 Kommunikationsknoten innerhalb von 5ms bzw. 10ms zuverlässig abzufragen sind. Aufgrund der dadurch zu erwartenden hohen Datenraten und dem Wunsch, dass das Funksystem weltweit einsetzbar sein soll, kommt für den Betrieb des Funksystems nur das 2,45 GHz ISM-Band in Frage. Für diesen Frequenzbereich stehen mittlerweile eine Reihe von Standard-Komponenten zur Verfügung steht, um kostengünstige Systeme zu realisieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der relativ hohen Betriebsfrequenz typische industrielle Störer wie Lichtbogen- oder Punktschweißanlagen, Frequenzumrichter, Schaltnetzgeräte oder Induktionsheizungen die Funksysteme nicht beeinträchtigen. Drahtlose Systemlösungen, häufig basierend auf den IEEE-Standards 802.15.1/Bluetooth oder 802.15.4/ Zigbee, die sich gerade beginnen in der Haus- und Prozessautomatisierung zu etablieren, können aufgrund der erforderlichen geringen Latenzzeiten hier nicht zum Einsatz kommen. Deshalb werden die drahtlosen Funk-Sensoren/Aktoren sternförmig über ein ein Gateway an das übergeordnete Prozessleitsystem angebunden (siehe Abbildung). Der Zugriff auf den Funkkanal wird hierbei über ein klassisches F/TDMA-Verfahren realisiert. Den Kern des Gateways bildet ein Xilinx Spartan III – FPGA. RX/TX #1 – RX/TX #4 kennzeichnen Standard-Hochfrequenz (HF)-Transceiver, die über eine SPI-Schnittstelle angesteuert werden. Natürlich müssen die HF-Transceiver nicht alle identisch sein, im Gegenteil, ein Multiband/Multistandard-Betrieb, bei dem die Funksensoren in unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten und auf unterschiedlichen Hard- bzw. Software-Standards aufsetzen, wird angestrebt bzw. ist teilweise schon implementiert. Auf einfache Art und Weise lassen sich auch Diversitätsrechniken (z.B. Frequenz-, Zeit- und Antennendiversität) implementieren. Konform mit Feldbus-Standards wie z.B. Profinet oder Ethernet/IP wird die Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung aktuell über ein angeschlossenes LAN-Interface mit Hilfe des UDP-Protokolls durchgeführt. Die Abbildung rechts zeigt das Spektrogramm der Kommunikationssignale, die zwischen den Sensoren/Aktoren und dem Gateway ausgetauscht werden. Das drahtlose Sensor/Aktor-System wurde hier zwischen drei WLAN – Kanälen eingebettet, die auf den Kanälen 1, 7 und 13 arbeiten. Die Systemgeschwindigkeit wird primär vom angeschlossenen HF-Transceiver bestimmt. Abhängig davon, welcher Baustein letztlich eingesetzt wird, werden Zykluszeiten Gateway – Sensor/Aktorknoten – Gateway von unter 2ms erreicht, so dass eine sichere Kommunikation, vergleichbar mit einem AS-Interface, realisiert werden kann. Das beschriebene Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit unter dem Förderkennzeichen 01 MG 502 bis 506 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt des Internetauftritts liegt bei den Autoren. © EnAS