Koexistenz von Funksystemen

Mit Systemen wie WLAN oder Bluetooth hat sich eine Reihe an Funkstandards im Bereich Industrieautomatisierung etabliert. Werden verschiedene solcher Systeme in räumlicher Nähe parallel betrieben, kann es durch Überlagerungen zu sporadischen Störungen kommen.

Eine geeignete Lösung für diesen Fall bietet der Einsatz des Adaptive-Frequency-Hopping-Verfahrens (AFH) mit Frequenznutzungsbegrenzung. Es ermöglicht den parallelen, beeinflussungsfreien Betrieb unterschiedlicher Funkanwendungen. Verfügbarkeit, Bandbreite, Reichweite und Latenz bleiben erhalten.

Weidmüller nutzt das AFH-Verfahren für sein SAI-Aktiv-Universal-Wireless-Modul. Das Modul ist mit einer integrierten Antenne mit isotroper Richtcharakteristik ausgestattet und industrietauglich in Schutzart IP67 ausgeführt. Der integrierte für die Funkkommunikation verwendete Bluetooth-Stack nutzt bereits das Frequenzsprungverfahren AFH mit Frequenznutzungsbegrenzung. Es gewährleistet den sicheren Betrieb der Anlage auch mit weiteren Funksystemen, die selbst gleiche Funkkanäle für die Kommunikation belegen.

Das SAI-Aktiv-Universal-Wireless-System besteht aus einem PROFIBUS-Wireless-Gateway und einem oder mehreren Funk-Slave-Modulen. Dank der erweiterten Konfigurationsfunktionalität können gleichzeitig 31 Gateway-Module mit je sechs Funk-Slave-Modulen parallel betrieben werden. Dadurch lassen sich bis zu 3.348 digitale Signale in einer Funkanwendung in einer Automatisierungslösung verarbeiten.

Trotz geringer Sendeleistung von einigen Milliwatt sind Reichweiten bis 100 Meter spezifiziert. Verwendet wird das standardi­sierte Bluetooth-Profil SPP. Darauf setzt ein auf CANopen angelehntes Kommunikationsprotokoll auf. Die integrierten Funkmechanismen sichern eine störungsfreie Datenkommunikation und erlauben die Koexistenz von Funksystemen, wie WLAN oder Bluetooth.

Vorteile durch AFH und Frequenznutzungsbegrenzung

Wird beispielsweise ein WLAN-System dauerhaft und parallel zum Bluetooth-System in einer Anlage betrieben, so benötigt man bei jedem Kaltstart die Zeit des „Einschwingens“. Dabei handelt es sich um die Zeit, die das System zur Erkennung der belegten Frequenzen benötigt. Hier setzt die Erweiterung von Bluetooth mit AFH und Frequenznutzungsbegrenzung ein.

Durch eine einfache Softwareerweiterung in der Firmware der Bluetooth-Geräte lässt sich die Performance erheblich steigern. Da das WLAN-System auf einem festen Kanal mit einer konstanten Frequenzbandnutzung sendet, werden diese Frequenzen bereits vorab in dem Bluetooth-Gerät ausgeblendet. Die Liste dieser Frequenzen wird dauerhaft im Gerät abgelegt, sodass das „Einschwingen“ bei einem Anlagenstart entfällt.

Trotzdem ist dieses System aufgrund des AFH-Verfahrens in der Lage, sich schnell auf weitere Funksysteme einzustellen und die Kommunikationsverbindung wird dauerhaft aufrechtzuerhalten. Die Konfiguration der Frequenzen, die nicht genutzt werden sollen, wird einfach über das Engineeringsystem vorgegeben. Hierzu bietet die für das SAI-Aktiv-Universal-Wirless-Gateway bereitgestellte GSD-Datei (Gerätebeschreibungsdatei) alle notwendigen Parameter, die durch den Anwender angepasst werden können. Selbst bei einem Gerätetausch können diese Parameter vom Engineering-System in das neue Modul geladen werden, ohne proprietäre Software nutzen zu müssen.