Schaltgeräte: Schalten per Funk liegt auch in der Industrie im Trend

Eigenschaften der Wireless-Technologien im Überblick

Schaltgeräte: Per Funk liegt im Trend

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Es gibt nicht nur verschiedene Bauarten von Funk-Schaltgeräten wie Positions-, Zug- und Fußschalter sowie Funksensoren und Bediengeräte. Auch die Auswahl an unterschiedlichen Funksystemen und -protokollen ist groß. Auch für besondere Anwendungen, z.B. für Ex-Bereiche und Safety-Aufgaben, bietet steute ein marktgerechtes Programm an Funkschaltern.
Andreas Schenk, Produktmanager Wireless bei der steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG in Löhne
Vor wenigen Jahren waren sie noch Exoten, die nur dann zur Anwendung kamen, wenn der Einsatz eines konventionellen leitungsgebundenen Schaltgerätes gar nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich war. Auch die Auswahl an industrietauglichen Geräten war recht beschränkt. Inzwischen haben sich Funkschaltgeräte aber in vielen Einsatzbereichen durchgesetzt. Und das Angebot nicht nur an Schaltgeräte-Bauarten sondern auch an Protokollen, genutzten Frequenzen und Funktionen ist so groß, dass ein Überblick sinnvoll ist. Dabei werden einzelne Unterscheidungsmerkmale, Eigenschaften und Anwendungsfelder am Beispiel der Industrie-Funkschaltgeräte des steute-Geschäftsbereichs Wireless und der verschiedenen Ausprägungen der sWave-Technologie vorgestellt.
Energieversorgung und Signalübertragung
Zur Energieversorgung gibt es zwei Möglichkeiten. Bei den energieautarken Funkschaltern erzeugt ein elektrodynamischer Energiegenerator oder ein miniaturisiertes Solarmodul (mit Speicher) die zum Senden erforderliche Energie aus der Umgebung. Dies funktioniert sehr zuverlässig und – dank Weiterentwicklungen von steute – auch bei hoher Schaltfrequenz. An seine Grenzen stößt dieses Prinzip jedoch, wenn ein Präsenzsignal (s.u.) gewünscht ist. In diesem Fall kommen Funkschalter mit Longlife-Batterie zum Einsatz. Auch Funksensoren sind auf Batterien angewiesen, da es bei ihnen keinen mechanischen Betätiger gibt, dessen Bewegung in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Die einfachste Art der Signalübertragung per Funk erfolgt unidirektional: Der Schalter sendet ein Signal bzw., aus Gründen der Übertragungssicherheit, mehrere Signale an die Empfangseinheit. Häufig wird jedoch eine Sendebestätigung gewünscht. Dann wird ein bidirektionaler Funkstandard benötigt. Der Empfänger bestätigt dann den Eingang des Ursprungssignals. Beide Standards sind heute üblich und verfügbar.
In verschiedenen Anwendungen, z.B. bei der Überwachung von Klappen und (Flucht-) Türen, werden die Funkschaltgeräte nur selten betätigt. Sinnvoll ist dann u.U. ein regelmäßiges Präsenz- oder Lebenssignal, das die einwandfreie Funktion von Sender und Empfänger sicherstellt.
Übertragungssicherheit, Frequenzband und Reichweite
Mit der zunehmenden Verbreitung der Funktechnik haben sich verschiedene Technologien bzw. Funktionen etabliert, die für eine Erhöhung der Übertragungssicherheit sorgen. Dazu gehört zum Beispiel das Frequency Hopping: Der Funkschalter wechselt beim mehrmaligen Senden des Funktelegramms nach einem Zufallsprinzip die Frequenz innerhalb des festgelegten Bandes. Relativ neu ist die Funktion Listen before Talk: Der Schalter prüft zunächst, ob die vorgewählte Frequenz frei ist, und setzt erst dann das Signal ab. Das ist vor allem dann empfehlenswert, wenn mehrere Funkschaltgeräte im selben Senderaum aktiv sind. Die Funkschaltgeräte von steute bieten hier diverse Möglichkeiten, um auch unter widrigen Bedingungen eine zuverlässige Signalübertragung sicherzustellen.
Der Anwender von steute-Funkschaltgeräten kann sich u.a. für den EnOcean-Standard auf dem Frequenzband 868/915 MHz entscheiden, der ursprünglich für die Gebäudetechnik entwickelt wurde, und hier eine gute Marktdurchdringung hat. Auf dieser Basis und auf denselben Frequenzen hat steute die sWave-Technologie sWave-868/915 für den Einsatz von Funkschaltgeräten unter Industriebedingungen entwickelt. Alternativ steht ein sWave-Standard im 2,4 GHz-Band zur Verfügung, das auch von Funkprotokollen wie Bluetooth und Zigbee genutzt wird. Bei Funkschaltgeräten liegen die typischen Reichweiten zwischen 30/300 m (Innenbereich/Freifeld; EnOcean) und 60/700 m (sWave-868/915). Damit lassen sich die üblichen Industrie-Anwendungen gut abdecken. Bei größeren Reichweiten kommen Repeater zum Einsatz.
Ex-Schutz und Maschinensicherheit
Generell geht der Trend zur Systemlösung. Neben den Funkschaltgeräten, Antennen und Empfangseinheiten gehören nicht nur Repeater zum Wireless-Progrmam von steute, sondern u.a. auch USB-Funk-Module und I/O-Module für die Integration leitungsgebundener Schaltgeräte (z.B. Nockenschalter von Werkzeugmaschinen; Sensoren) in existierende Funksysteme.
Auch für zusätzliche Anforderungen und besondere Umgebungsbedingungen gibt es inzwischen eigene Funkstandards. So kommen in explosionsgefährdeten Bereichen Wireless-Ex-Schaltgeräte zum Einsatz, die gemäß Atex-Richtlinie zertifiziert sind. Ihre Low-Energy-Signale können unter keinen Umständen eine Explosion hervorrufen oder begünstigen. Die kabellose Technologie bietet hier den besonderen Vorteil, dass keine aufwändigen Ex-Kabeleinführungen nötig sind. Die Schalter funken einfach aus dem Ex-Bereich heraus. Die Energie liefern besondere Batterien, die sich im Ex-Bereich austauschen lassen.
Ähnlich vorteilhaft ist der Einsatz von kabellosen Schaltgeräten in einigen sicherheitsgerichteten Anwendungen, z.B. bei der Betätigung von Gießereimaschinen mit Sicherheits-Fußschaltern. Kabelgebundene Fußschalter versagen hier häufig den Dienst, weil Gießspritzer das Kabel beschädigen. Für dieses Anwendungsprofil hat steute den Standard sWave 2,4 GHz-safe entwickelt und entsprechend zertifizieren lassen.
Autark oder integriert und vernetzt
Eine weitere Alternative stellt sich dem Anwender erst seit kurzer Zeit und wird sich in Zukunft mit Sicherheit etablieren. Bislang arbeiten die Kombinationen von Schaltgerät und Auswerteeinheit als Punkt-zu-Punkt-Verbindung und unabhängig von übergeordneten Kommunikationssystemen in der industriellen Produktion. Künftig wird es hier als zusätzliche Option den Netzwerkbetrieb geben.
Die Plattform dafür exisitert bereits. Die Schaltgeräte und Funk-Empfangseinheiten können um die Funktionalität Netzwerkbetrieb erweitert werden. Dabei bildet ein intelligenter Router die Hard- und Software-Schnittstelle zu kundenspezifischen IT-Systemen z.B. für das ERP oder die Lagerverwaltung (LVS) Das schafft die Voraussetzung für größtmögliche Freiheiten bei der Zuweisung von Funktionalitäten und der Bereitstellung von Informationen.
Funkschaltgeräte und Industrie 4.0
Die Schnittstelle zwischen Funkschaltgerät und kundenseitiger IT kann unterschiedlich ausgestaltet werden. Das gilt für die Netzwerk-Topologie und auch für das Kommunikationsprotokoll (TCP/IP, WLAN….). Die Software-Plattform ist hier grundsätzlich offen und welche Variante sich anfangs durchsetzt, wird von den Wünschen und Anforderungen der Anwender abhängen. Nach Einschätzung von steute werden sich solche Lösungen – auch und gerade im Hinblick auf Industrie- 4.0-Konzepte – in naher Zukunft vermehrt durchsetzen. ge

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Löhne
Tel. 05731 745-0
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