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Industrielle Automation 6/2017

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Industrielle Automation 6/2017

INDUSTRIELLE

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION Gut vernetzt Die Antenne als Schlüsselkomponente für IIoT Eine einwandfreie Konnektivität ist Voraussetzung für IIoT-Netzwerke. Das gilt auch für den drahtlosen Datenaustausch im IoT, da die meisten dieser Netzwerke kabellos arbeiten. Hier sind Hochleistungsantennen an jedem Knotenpunkt der Kommunikationskette gefordert. Doch welche Aspekte gilt es bei der Auswahl der richtigen Lösungen und Übertragungstechnologien zu beachten? Prozessautomatisierung und damit verbundene IIoT-Anwendungen verlangen nach drahtloser Netzwerktechnologie, die sich auf dem neuesten Stand befindet. Das drahtlose Überwachen und Steuern technischer Prozesse mittels eines Computersystems (Scada) gibt es zwar schon eine Weile, aber die moderne Prozessautomatisierung schraubt die Anforderungen an die drahtlose Vernetzung weiter nach oben. IIoT bedeutet perfekte Konnektivität immer und überall – von Maschine zu Maschine (M2M) und von der Maschine zum Personal (M2P). Drahtlostechnologien für das IoT Bei IIoT-Anwendungen, die mit relativ wenig Bandbreite auskommen, werden die alten VHF- und UHF-Netze, die mit ISA100 oder GSM arbeiteten, durch LPWAN-Technologien ersetzt. LPWAN verbindet niedrige Latenzraten und geringen Energieverbrauch mit großflächiger Abdeckung, zum Beispiel in einer Werkshalle. Einige LPWAN-Technolo- Leo Nieminen ist Regional Sales Manager EMEA & India bei der PCTel, PCTel Inc., Bloomingdale in den USA gien unterstützen auch Fernüberwachungsanwendungen, bei denen eine Datenübertragung über große Entfernungen nötig ist. Doch können die Herausforderungen einer „überfüllten“ Industrieumgebung für LP- WAN auch schnell zu viel werden. Dann kommen vermaschte Netze (Mesh-Netzwerke) ins Spiel. Dabei handelt es sich um zwischengeschaltete Antennen, die als Knotenpunkte dienen und Signale von isolierten Antennen auffangen und an andere Empfänger im Netz weiterleiten. Bei automatischen Prozessen kann so die zuverlässige Kommunikation zwischen lokalen Ressourcen sichergestellt werden. Zu den verbreitetsten Drahtlosprotokollen für Mesh-Netzwerke gehören Zigbee und WirelessHart. Datenintensive Applikationen hingegen benötigen Breitband-Standards, die mit großen und schnell getakteten Datenmengen zurechtkommen. Bei Anwendungen im unlizenzierten Spektrum bietet sich oft WLAN an. LTE weist niedrige Latenzraten auf und kann in Spektren eingesetzt werden, die von einem Carrier geleast werden, oder in einem privaten Spektrum. Auch MulteFire kann LTE-Anwendungen ermöglichen, allerdings unter ausschließlicher Verwendung unlizenzierter Spektren. Es wird erwartet, dass 5G- Netze demnächst noch höhere Datendurchsatzraten und niedrigere Latenzen unterstützen – sowohl im drahtlosen Bereich als auch im Millimeterwellenspektrum. Welche Antenne eignet sich für IIoT-Anwendungen? Nicht nur in Produktionsumgebungen entscheidet die Leistung der Antenne, ob eine Übertragung den Empfänger erreicht und wie viel Datenvolumen übertragen werden kann. Dabei ist die maximale Ausbreitung der Funkwellen nicht zwangsläufig ideal, da sich überlappende Systeme gegenseitig stören können. IIoT-Antennen müssen daher gerade so viel Reichweite haben, wie für ihre Aufgabe unbedingt erforderlich ist. Zudem sollten sie große Datenmengen bei minimalen Interferenzen übermitteln, kompakt sein und widrigen Umständen trotzen. Bezüglich der Strahlungscharakteristik stehen verschiedene Antennendiagramme zur Auswahl. In einem Netz mag die direkte Übertragung von Punkt zu Punkt (PTP) gefordert sein, in einem anderen von Punkt zu Mehrpunkt (PTMP). Die einfache PTP-Datenübermittlung erfordert eine Richtantenne, während der Kommunikation mit vielen Empfängern (PTMP) mit einer Rundstrahlantenne besser gedient wäre. Der Netzentwickler kann auch für eine PTP-Anwendung eine Rundstrahlantenne einplanen und so Flexibilität gewinnen. Dies wäre eine Lösung für ein Mesh-Netzwerk mit vielen mobilen Elementen: Dort überträgt eine Antenne aus rein technischer Sicht nur PTP, aber zu verschiedenen Zeiten in unterschiedliche Richtungen – je nachdem, wo die nächste Antenne empfangsbereit ist. Unabhängig von Richt- 68 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2017

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION oder Rundstrahlantenne kommt es auf das optimale Antennendiagramm an, damit die Abdeckung gewährleistet bleibt und Interferenzen minimiert werden. Zur Optimierung von Datendurchsatz und Abdeckung verfügen IIoT-Antennen über diverse technische Lösungen. Die Mimo- Technologie (Multiple Input, Multiple Output) ermöglicht es der Antenne, Datenströme auf derselben Frequenz zu unterscheiden. Viele Mimo-Antennen verfügen zudem über doppelte Polarisierung, was die Netzwerkkonnektivität dank Isolierung der HF- Eingänge stabilisiert. Netze, die meh rere HF-Frequenzen verwenden, benötigen Multibandantennen, die mehrere Antennenelemente in einem Gehäuse vereinen. Hochqualitative Multibandantennen verfügen über Port-to-Port-Isolation, was Interferenzen zwischen den Frequenzen verringert und das Endprodukt kompakt macht. Platzsparend und robust Bei der Auswahl von IIoT-Antennen kommt es auch darauf an, Platz für die eigentliche Produktion zu sparen. Eine Lösung besteht darin, die Antenne in das Gerät zu integrieren, das sie bedienen soll. Komplexe Geräte wie Zeilensensoren enthalten manchmal ein komplettes, integriertes HF-System, wohingegen Router und WAPs oft nur über ein Mobilfunkgerät und eine Antenne verfügen. Das spart Platz und vereinfacht die Installation. Externe Antennen, die für IIoT optimiert sind, können zudem da montiert werden, wo Platz ist, unabhängig vom Untergrund. Für bestimmte Anwendungen muss die Antenne sehr robust (gehärtet) sein, um widrigen Umständen oder Manipulation zu widerstehen. Besonders wichtig sind gehärtete Gehäuse für drahtlose Netzwerke im Außenbereich, wo die Antenne Klimaeinflüssen oder Vandalismus ausgesetzt sein kann. Die meisten qualitativ hochwertigen Antennensysteme verfügen über robuste und flache Gehäuse, die gegen Wasser und Staub geschützt und vandalismussicher sind. 01 Multibandantennen eignen sich für Netze mit mehreren HF-Frequenzen 02 Antennen für IIoT-Anwendungen müssen leistungsstark und kompakt sein Den Anschluss nicht verlieren Dank Datenkommunikation in Echtzeit zwischen Produktionsanlagen und dem Mitarbeiter agieren Unternehmen effizienter und beschleunigen die Produktion. Doch hängt der potenzielle Vorteil von der Antennen- Qualität ab: Antennen, die im Rahmen des IIoT eingesetzt werden, müssen flexibel sein, um eine Bandbreite von HF-Frequenzen und Anwendungen abzudecken; zugleich auch robust genug sein, um unter extremsten Bedingungen zuverlässig zu funktionieren, und schließlich kompakt genug sein, um dort eingesetzt zu werden, wo Platz Mangelware ist. www.pctel.com Optimieren Sie die Effizienz Ihrer Anlagen. Cloud-basierte Fernüberwachung mit eWON Netbiter • Über Web-Browser von jedem PC, Tablet, Smartphone • Zentrale Geräte-/Benutzerverwaltung, Datenaufzeichnung und Alarmmanagement • Visualisieren von Anlagendaten in grafischen Bedienoberflächen • GPS-Standortbestimmung mit Kartenanzeige und Standortalarm • Anbindung von Feldgeräten über Modbus, Ethernet/IP, SNMP, E/A • Sichere Datenübertragung durch SSL/TLS-Technologie www.wachendorff-prozesstechnik.de/netbiter

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