Drahtlose Motorkommunikation

 

 

 

Dieser Artikel diskutiert Aspekte des Vergleichs zwischen drahtlosen und verkabelten Verbindungen und beschreibt anschließend die verschiedenen Typen der Wireless-Schnittstellen mit ihren Vorzügen und Erwägungen dazu.

Warum möchten Sie mit Ihrem nächsten Motor drahtlose Kommunikation nutzen?
Stellen Sie sich vor: Keine Kabelbrüche und keine Wackelkontakte mehr.
Kosteneinsparungen bei Installation und Wartung.
Einfacherer Transport und Austausch von Geräten
Handliche Fernbedienung, dezentrale Intelligenz, Umweltschutz.

Warum sind drahtlose Verbindungen häufig zuverlässiger als solche mit Kabeln? Weil sie eben keine Kabelverbindungen sind (*mit Ausnahme der Spannungsversorgung und optionalen lokalen E/A).

Wackelkontakte sind möglicherweise die Fehlerquelle Nummer eins.

Braucht Ihre Anwendung wirklich alle diese Kabel, um zu funktionieren?
Bei umfangreichen Anwendungen, bei denen eine zentrale SPS oder ein anderer Computer viele Motoren steuert, können die Kabeleinsparungen sehr beträchtlich sein. Ein Beispiel ist der schnell wachsende Sektor der Solaranlagen, bei denen mehrere tausend Spiegel fokussiert werden, um Wasser in einem Behälter zu erwärmen. Bei derartigen Anwendungen ist leicht zu erkennen, wie viele Kilometer Kabel eingespart werden könnten.

Vielleicht haben Sie drahtlose Kommunikation ausprobiert und festgestellt, dass sie nicht zuverlässig funktionierte?
Es kann vorkommen, dass ein Objekt die Übertragung blockiert und es kann elektrische Störungen geben.
Glücklicherweise sind elektrische Störungen meistens vorübergehend und die Verbindungen damit "selbstheilend". Sie brauchen keinen Servicetechniker zu schicken, um die Luft zu reparieren.

Andererseits müssen Sie solche Probleme natürlich lösen können. Dafür brauchen Sie dezentrale Intelligenz.

Dezentrale Intelligenz
Drahtlose Kommunikation lädt dazu ein, ernsthaft die Anwendung dezentraler Intelligenz zu erwägen. Für viele Anwendungen wird diese aufgrund von nicht immer vorhersehbaren Übertragungsverzögerungen, Wiederholungsversuchen sowie Timeouts unumgänglich sein.

An dieser Stelle kommt das nano-SPS-Konzept von JVL ins Spiel. Die nano-SPS Funktionalität ist in allen drahtlosen Schnittstellenmodulen integriert (nach 2009 auch in der Firmware von MAC400 und MAC800 vorhanden) und gestattet Ihnen, das Verhalten bei Kommunikationsstörungen zu programmieren. Da die Schnittstellenmodule über mehrere digitale Ein- und Ausgänge verfügen, können Sie Ihr eigenes Programm schreiben, um alle denkbaren Situationen vor Ort zu bewältigen.

JVL-Kunden haben festgestellt, dass sie mit dem, was auf den ersten Blick als unerwünschte Mehrarbeit erscheinen mag, Zeit und Geld sparen und ihre Produkte verbessern können. In vielen Fällen werden durch die analogen und digitalen Ein- und Ausgänge eine kostspielige SPS und/oder die Kabel dorthin überflüssig.

Stellen Sie sich vor, dass Sie ein Großlandwirt sind und dass ein Wagen auf Schienen an verschiedene Standorte fahren soll, um bestimmte Mengen Futter an Ihre Tiere zu verteilen. Dafür könnte man zwei Wireless-Motoren mit dezentraler Intelligenz verwenden, einen zum Fahren und einen zum Verteilen. Der Wagen könnte sogar außerhalb der drahtlosen Reichweite fahren, weil die lokale Intelligenz sich an eine lange Liste von Anweisungen erinnern kann und nach dem Ausführen der Aufgabe wieder zurückfährt. Der zentrale Master-Controller braucht nichts weiter zu tun, als drahtlos den Fütterungsplan zu übertragen und den Wagen aufzufordern, sich in Bewegung zu setzen.

Es ist äußerst wichtig, dass man sich voll darüber im Klaren ist, wie wichtig dezentrale Intelligenz für den zuverlässigen Betrieb ist.

Mit dem anwenderfreundlichen grafischen Programmiersystem für die drahtlosen Module lassen sich die häufigsten Fehler beheben, weil die E/A-Informationen jederzeit zur Verfügung stehen.

Handliche Fernbedienung
Servomotoren werden zunehmend eingesetzt, um Arbeitern das potenziell gesundheitsschädigende Heben schwerer Gegenstände zu ersparen. Beispiele sind u.a. die Handhabung von Gepäck in Flughäfen und Hilfsmitteltechnik für ältere und behinderte Menschen. Gleichzeitig geht es darum zu vermeiden, dass Personen über Kabel stolpern oder von ihnen behindert werden.

Manche Wireless-Technologien, z.B. ZigBee, verbrauchen so wenig Strom, dass ein Satz Batterien viele Jahre vorhält.

Umweltschutz
Der Träger ist einfach die Luft, bei der es im Gegensatz zu Kabeln keinen Verschleiß gibt.

Und die Luft ist bereits da — es gibt deshalb keinen Grund, die Umwelt mit großen Mengen Kupfer und Kunststoff oder Gummi für die langen Leitungen zu belasten. Vergleichen Sie einmal die Herstellungsressourcen von kleinen Antennen mit denjenigen von langen, dicken Kabeln.

Auf lange Sicht kann die Kombination von drahtloser Kommunikation und dezentraler Intelligenz daher für Sie und den Rest der Welt eine bessere Lösung sein.

Wenn drahtlos nicht in Frage kommt
Wenn deterministisches Verhalten kritisch ist oder zentralisierte Intelligenz erforderlich ist, kann ein guter Feldbus wie CANopen, DeviceNet, Profibus oder RS485 die bessere Wahl darstellen. Auch in Umgebungen mit kräftigen elektrischen Störungen können abgeschirmte Kabel unter Umständen besser funktionieren.

Die MAC00-FBx Schnittstellenmodule verwenden das BlueTooth-Protokoll. Dies ist das einfachste und am meisten standardisierte Protokoll, das im Laufe der Jahre ausgereift ist, während es in Mobiltelefonen und mit PCs genutzt wurde. Viele von uns haben irgendwann einen billigen USB/ BlueTooth-Adapter gekauft und festgestellt, dass man innerhalb der Reichweite sehr einfach nach anderen BT-Geräten suchen kann und dass man eine virtuelle Kommunikationsschnittstelle wie COM9 einrichten kann.

BlueTooth bietet sich für kleine Installationen mit bis zu sieben Motoren an, die sich im Radius von ca. 10 Metern vom Master-Gerät befinden.

Als Master können geeignete Fernbedienungen oder Mobiltelefone mit kleinen Java-Applets verwendet werden.

Ein Beispiel ist das Heben schwerer Gegenstände wie Koffer in Flughäfen. Eine BlueTooth-Fernbedienung mit Aufwärts- und Abwärts-Taste kann einen Motor mit einem Haken am Ende eines Drahts steuern, um die schweren Lasten zu heben.

Lesen Sie mehr über BlueTooth auf http://www.bluetooth.com/

Die MAC00-EWx Schnittstellenmodule verwenden die von Heim- oder Bürocomputer-Netzwerken bekannte WLAN-Technologie. Diese Technologie ist wesentlich avancierter als BlueTooth und unterstützt eine viel größere Anzahl von Motoren (mehrere Millionen in einem einzigen Netzwerk). Es kann so konfiguriert werden, dass es mit den meisten existierenden WLAN-Installationen zusammenarbeitet, und unterstützt starke Verschlüsselung, DHCP und viele andere bekannte Technologien.

Ferndiagnosen und Steuerung können über das vorhandene interne Ethernet erfolgen und es wäre sogar möglich, mit geeigneter Standardausrüstung über das öffentliche Internet die Verbindung zu einem Motor herzustellen.

Mit PC-Anwendungen von Drittanbietern lässt sich eine virtuelle Kommunikationsschnittstelle einrichten, wie mit BlueTooth. Bei größeren Installationen, bei denen Sie Hunderte von COM-Ports vermeiden wollen, kann eine kleine IP Utility verwendet werden, damit Programme eine wesentlich direktere Kommunikation nutzen können.

Die Einrichtung und Wartung von WLAN ist so komplex, dass es am besten für Unternehmen mit eigenen IT-Fachleuten geeeignet ist. Diese wissen auch, dass es manchmal Schwierigkeiten gibt, wenn Geräte verschiedener Hersteller zusammenarbeiten sollen, da die WLAN-Standards über die Jahre wesentlich weiterentwickelt wurden. Wenn Sie WLAN nicht unbedingt brauchen, kann eine andere Wireless-Technologie für die Produktion besser geeignet sein. Manche Kunden von JVL verwenden WLAN bei der Entwicklung und wechseln später zu einer einfacheren Wireless-Technologie, die sich für das fertige Produkt eignet.

Lesen Sie mehr über WLAN aus http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_LAN

 

Kurz zusammengefasst, kann dieser Funkstandard 12 verschiedene Funkfrequenzen (Kanäle) verwenden, um im Bereich von einigen hundert Metern bis zu 12 individuelle Netzwerke zu steuern. Der Standard beschreibt drei Frequenzbänder, wobei von den MAC00-FZx Modulen das 2,4GHz-Band verwendet wird, das in fast allen Ländern ohne registrierte Lizenz nutzbar ist. Die Datenbandbreite ist relativ gering, in der Theorie höchstens ein paar hundert Kilobits pro Sekunde, wobei mit den meisten Protokollen nur ca. 20 Kilobits pro Sekunde nutzbar sind. Dies ist beabsichtigt, da der 820.25.4 als Low-Rate-Technologie für Aufgaben wie Gebäudeautomatisierung konzipiert wurde, bei denen ein extrem niedriger Stromverbrauch für den Batteriebetrieb wichtig ist, während die Geschwindigkeit, mit der Lampen ein- und ausgeschaltet werden oder eine Motorbewegung ausgelöst wird, weniger kritisch ist.

Die MAC00-FZx Standardmodule verwenden neben dem Funkstandard 802.15.4 ein proprietäres Softwarekommunikations-Protokoll. Dieses Protokoll ist für die schnelle und zuverlässige serielle Kommunikation zwischen zwei Knoten ausgelegt, in der Regel einem MAC Motor mit einem MAC00-FZx Modul als Serverknoten und einem PC oder einer SPS als Client-Knoten. Der Client kann auch von einem Server zum anderen wechseln, indem er diesen anhand einer eindeutigen 64-Bit-Nummer identifiziert.

Es ist möglich, zusätzliche Firmware zu installieren, um ein höheres Protokoll, ZigBee, zu nutzen. Dies kann für Mesh Networking vorteilhaft sein. Ein vermaschtes Netzwerk ähnelt einem Spinnennetz oder Fischernetz. Der Datenverkehr kann sich auf vielen Wegen durch ein vermaschtes Netz bewegen und automatisch den Weg durch einen oder mehrere Knoten vom Client- zum Zielknoten finden. Auch wenn das Netzwerk verändert wird oder manche Knoten nicht zur Verfügung stehen, kann das Netz selbstheilend sein, indem Verkehrswege verändert werden. Damit ist es viel robuster als ein Netz mit statischen Wegen vom Client zum Zielknoten.

 

Beim Mesh-Networking können Daten vom ersten Knoten einen beliebigen anderen Knoten erreichen, unabhängig zum Abstand, solange sich zwischen ihnen ausreichend viele Funkgeräte befinden, um die Meldung weiterzugeben. Damit lassen sich Kosten und Schwierigkeiten beim Einbau von Antennen vermeiden.

Hinter dem ZigBee-Protokoll stehen mehrere große Unternehmen, die Mitglied der ZigBee Alliance sind. Erfahren Sie mehr über ZigBee auf http://www.zigbee.org/. Hier können auch die Spezifikationen gratis heruntergeladen werden. ZigBee wird in großem Umfang für drahtlose Gebäudeautomatisierung genutzt. Die Kosten für ein komplettes ZigBee-IC liegen jetzt unter 1 USD in Produktionsgrößen.

Mehrere andere Protokolle verwenden ebenfalls IEEE 802.15.x als Grundlage.

 

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Jeweils 1 von 16 Millionen wählbar.

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