Auf einer Wellenlänge

Das Funksystem von Knick, das den auf IEEE 802.15.4 basierenden ZigBee-Standard nutzt, eignet sich außerdem auch für mobile Messstellen. In so genannten Personal Area Networks können Endgeräte und Koordinatoren lokal miteinander kommunizieren. Die große Reichweite ist einer der wichtigsten Vorteile gegenüber der kabelgebundenen Datenübermittlung. ComFu überbrückt im Freifeld Entfernungen bis zu 400 m. Die Funkübermittlung, die im 2,4-GHz-Band erfolgt, erfordert nur sehr geringe Sendeleistung. Dies resultiert in einem äußerst niedrigen Energiebedarf, der selbst einen Batteriebetrieb der Endgeräte über große Zeiträume gestattet. Auch der Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen wird damit möglich.

Zu einem ComFu-Set gehören zunächst die Funkeinheiten im Feld: Die ComFu-E-Module – Messwertaufnehmer als End Devices – dienen dazu, Daten und Statusmeldungen von fest installierten oder beweglichen Sensoren zu erfassen und zyklisch drahtlos zu übermitteln. Das Sendeintervall ist dabei frei konfigurierbar. Jeder Funkmesswertaufnehmer erkennt automatisch den an ihn angeschlossenen Sensor. Sowohl der Sensor als auch das steckbare Modul lassen sich mit einem einzigen Handgriff wechseln. Die Messmodule erlauben die flexible Auswahl von ph, Redox, Gelöstsauerstoff oder Leitfähigkeit als Messparameter. Sie sind sowohl in industriellen Standardausführungen als auch als Ex-geschützte Varianten verfügbar. Ein ComFu-E-Modul kann darüber hinaus aber auch mit intelligenten Sensoren wie ISM und InduCon (ebenfalls wahlweise als Ex-Modell) kombiniert werden. ComFu-E-Module unterstützen auch vorkalibrierte Sensoren, wodurch speziell an unzugänglichen Messstellen eine große Arbeitserleichterung erreicht wird. Die Funkmesswertaufnehmer werden mit Batterien betrieben und lassen sich daher sehr flexibel und ohne Verkabelungsaufwand installieren. Rote und grüne LEDs zeigen auf einen Blick vor Ort den Betriebszustand sowie gegebenenfalls einen erforderlichen Batteriewechsel an oder signalisieren Alarmzustände. Die Lebensdauer der verwendeten Standard-AA-Batterien beträgt ca. ein Jahr. Per Drehschalter kann eine ComFu-E-Einheit aus- und ein- sowie auf Hold geschaltet werden.

Das Funk-Coordinator-Modul ComFu C, mit dem das Funknetz aufgebaut und verwaltet wird, ist das Gegenstück zu den ComFu-E-Modulen. Es ist über die RS485-Schnittstelle eines FIU-Digitalmoduls an ein Analysenmesssystem Protos angeschlossen und unterstützt die drahtlose Kommunikation mit bis zu zwei sensorseitigen ComFu-E-Einheiten. Die abgesetzte Bauform des Netzwerkkoordinators erleichtert die Positionierung der Antenne, um eine möglichst günstige Funkstrecke zu etablieren und so eine optimale Übertragung zu gewährleisten. Für die nötige Sicherheit sorgt eine 128-Bit-AES-Verschlüsselung der Daten. Ein Ausfall oder eine Störung wird sofort erkannt und an das Messsystem gemeldet. ComFu C wird von Protos mit Energie versorgt und erlaubt eine bidirektionale Kommunikation mit den Messwertaufnehmern. Auch die Bedienung und Parametrierung der Sensorik kann also vom Protos aus über die Funkverbindung erfolgen. Der Funkkontakt wird über ein Icon im Protos-Display signalisiert; der Signalpegel kann visualisiert werden. Darüber hinaus bleibt die Funkstrecke für den Anwender durchsichtig, d. h. die Gerätebedienung wird davon nicht beeinflusst.

Das Analysenmesssystem Protos 3400 steht in zwei Varianten – mit korrosionsfester, chemikalienresistenter Beschichtung bzw. in poliertem Edelstahl für hygienische Anwendungen – zur Verfügung. Eine explosionsgeschützte Ausführung (II 2(1) GD EEx me ib [ia] IIC T4 T 70 °C), die alle bewährten Features der Standardmodelle bietet, ist ebenfalls erhältlich. Das System lässt sich sehr flexibel an unterschiedliche Prozesse anpassen. Messgrößen werden in beliebiger Kombination, zum Beispiel pH/Oxy, pH/Cond, pH/pH oder Cond/Oxy, simultan verarbeitet. Eine piktogrammgestützte Benutzerführung und serienmäßig in sechs Sprachen umschaltbare Menütexte sorgen für leichte Bedienbarkeit. Das transflektive, weiß hinterleuchtete Grafikdisplay lässt sich unter allen Lichtverhältnissen gleichermaßen gut ablesen. Für die Hilfsenergieversorgung bietet Knick ein VariPower-Netzteil (24…253 V (AC/DC)).

Protos-Systeme erfüllen auch die Anforderungen typischer Validierungsvorschriften für Prozessanlagen, etwa den Maßgaben zu Electronic Records und Electronic Signatures nach FDA 21 CFR Part 11. Sie bieten sichere Zugangsschutzmechanismen und eine verschlüsselte Speicherung von Audit-Trail-Einträgen auf einer speziell codierten SmartMedia-Karte und gewährleisten eine einfache Handhabung solcher Daten bei der Auswertung. Zur Archivierung der Datensätze zum Beispiel werden diese nach dem Einlesen der codierten Speicherkarte autorisierten Benutzern im Klartext angezeigt und können wahlweise ins Excel- oder PDF-Format exportiert sowie ausgedruckt werden. Darüber hinaus bietet das PC-gestützte Tool ProgaLog 3000 im komfortable Funktionen rund um Parametrier- und Dokumentationsaufgaben. Selbst Programmabläufe bei einer vollautomatischen pH-Messung, inklusive der Reinigung, Kalibrierung und Steuerung einer Wechselarmatur, lassen sich mit Hilfe der Software bequem am PC festlegen und anschließend auf ein Protos-System übertragen. Die Bedienung mit den umfangreichen Möglichkeiten, die ProgaLog 3000 bietet, gestaltet sich sehr einfach.

Mit dem ComFu-Funkset lässt sich vorzugsweise schwer zugängliche und mobile Sensorik problemlos mit drahtlos kommunizierenden Messwertaufnehmern ausstatten, so dass die Analysenmesstechnik eine größere Flexibilität gewinnt. Die ZigBee-Funkübertragung bietet eine hohe Reichweite und macht so nicht nur störende und fehleranfällige Signalverkabelung überflüssig, sondern erlaubt es, das Analysenmessgerät flexibel an praktisch beliebiger Stelle zu platzieren und nach Bedarf umzusetzen. ComFu kann selbst in explosionsgefährdeten Anlagen zum Einsatz kommen. Die Funkeinheiten an den Endgeräten lassen sich dank ihrer robusten Auslegung und ihrem sehr geringen Energieverbrauch über lange Zeit so gut wie wartungsfrei betreiben.

cav 431

SPS/IPC/DRIVES 2007

ZigBee Alliance

ZigBee – Automatisierung mit WPAN IEEE 802.15.4

ZigBee-Funk dient dazu, sowohl typische Haushaltsgeräte als auch zum Beispiel Sensoren zu verbinden, und zwar innerhalb von Gebäuden auf Kurzstrecken von etwa 10 bis 75 m. ZigBee ist ein Protokollstack, der auf den im Standard IEEE 802.15.4 spezifizierten OSI-Subschichten PHY und MAC aufsetzt und die oberen Protokollschichten der Netzwerk- und Anwendungsebene (NWK und APL) definiert. Gefunkt wird auf der Frequenz 2,4 GHz, die auch die WLAN-Standards IEEE 802.11b und g nutzen, mit einer Sendeleistung zwischen 1 und 10 mW. Die Bandbreite liegt bei 20 bis 250 kbit/s. Spezifisch für den Standard sind der sehr niedrige Energieverbrauch der Endgeräte sowie die Stabilität und Sicherheit der Verbindungen. Dank geringer Reaktionszeiten ist ZigBee-Funk auch für Echtzeitanwendungen verwendbar. Der Name ZigBee bezieht sich auf die Zick-Zack-Bewegung des Tanzes der Honigbienen, die damit ihren Artgenossen im eigenen Bienenstock Informationen, z.B. über Ort und Entfernung neu gefundener Nahrungsquellen, übermitteln.