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Schienengeführte Pfannenwagen wiegen das noch flüssige Material und befördern es in die Gießerei. (Bild: mady70@Shutterstock.com)

Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Kommunikation per Funk statt Kabel senkt die Montagekosten
  • Überbrückt weite Distanzen in der rauen Prozess-Industrie
  • Implementierte Security verhindert Datenmanipulationen
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Das Radioline-Funksystem überträgt Daten von den auf den Pfannenwagen installierten Messgebern zum Wägeterminal. Phoenix Contact

Streng übersetzt heißt ‚Urban Mining‘ eigentlich ‚Bergbau in städtischen Gebieten‘, jedoch steht der Anglizismus für etwas ganz Anderes: den Handel mit Schrott. Ein Geschäft, das aufgrund des Rohstoffmangels und Klimawandels international eine immer größere Rolle spielt. Das Wiederaufbereiten von Metallen ist somit die wichtigste Rohstoffquelle Europas, denn Metalle lassen sich leicht Einschmelzen und Wiederverwenden.

In Umfeld der Stahl- und Metallindustrie gilt der Bereich Force Measurement von ABB als Lieferant von fortschrittlicher Messtechnologie für die Stahl-, Papier- und Bandanlagenindustrie. Beispielsweise umfassen die Automatisierungslösungen dieses Unternehmens unter anderem Anlagen und Komponenten für die Prozessleittechnik, Schaltanlagen sowie Analyse- und Wägetechnik.

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Bis 250 Stationen lassen sich weiträumig über Funk verbinden. Phoenix Contact

Hohe Anforderungen an Wägesysteme

Besonderen Anforderungen genügen müssen die in der Metallverarbeitung und Schwerindustrie zum Einsatz kommenden Wägesysteme, die als wesentlicher Bestandteil der Prozesskette an vorderster Front unmittelbar an den Hot-Spots zum Einsatz kommen. Alle in den Geräten verbauten Komponenten müssen auch unter diesen rauen Betriebsumgebungen präzise und zuverlässig funktionieren. Entsprechend dafür ausgelegt sind die Komponenten in Sachen Wägetechnik. Sie widerstehen hohen Stoßkräften und Überlastungen ohne die Messwerte zu verfälschen, das heißt, ohne dass Schäden an den Messgebern entstehen, oder die Messgenauigkeit über die Lebensdauer nachlässt. Das Portfolio des Konzerns an Wägezellen und Lösungen für Krane und Plattformen umfasst Systeme für Schrottbehälter, Stranggießanlagen, Hochofenapplikationen sowie Pfannenwagen. Letztere dienen dem Transport von flüssigem Roheisen vom Hochofen zur Weiterverarbeitung in die Gießerei. Eine in den Pfannenwagen integrierte Waage misst dabei das Chargengewicht über vier Messgeber.

Bislang übertrug man die Daten der Messgeber über Kabel von der lokalen Messeinheit auf dem Pfannenwagen an die Zentralsteuerung – mit den bekannten Mankos leitungsgebundener Konzepte: teuer, störanfällig und wartungsintensiv.

Statt Kabel funkt nun das Radioline-System, und zwar mit einer Technik, die auf ‚Trusted Wireless‘ basiert. Es sendet die Daten der Messgeber von den Pfannenwagen an die zentrale Maschinensteuerung. So lassen sich die Informationen auch in rauer Industrieumgebung störungs- und verschleißfrei weiterleiten.

Die vier Messgeber der in den Pfannenwagen eingebauten Waage werden in einer ADC-Box (Analog Digital Converter) zusammengeführt. Das Modul ist über eine RS485-Schnittstelle mit einem Radioline-Funkmodul verbunden, das die Daten an einen etwa 30 m entfernt installierten Funkmaster sendet. Dieser Master ist wiederum an ein eichfähiges Industrie-Wägeterminal gekoppelt, das die Daten aufbereitet, zur Weiterverarbeitung an das Prozessleitsystem übermittelt und den Bedienern angezeigt.

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Anwendungsmöglichkeiten des Radioline-Systems. Phoenix Contact

Flexibel in Sachen Netzwerkstrukturen

ABB setzt auf diese Funklösungen, um drahtlos unterschiedliche Kommunikationsanforderungen realisieren zu können. Das Radioline-System ist flexibel ausbaubar und vorhandenen Gegebenheiten individuell anpassbar, insbesondere, wenn eine große Anzahl an Signalen über weite Distanzen ausgetauscht werden müssen und Rolltore oder Wände die Funkübertragung behindern.

Das von Phoenix Contact verwendete proprietäre Trusted Wireless ist eine Technik speziell zum Übertragen geringer bis mittlerer Datenmengen in ausgedehnten Anlagen. Mit dem System lassen sich die besonderen Anforderungen industrieller Infrastruktur-Anwendungen umsetzen. So schließt diese Funktechnologie die Lücke zwischen Wireless Hart als Lösung für Sensornetzwerke in der Prozesstechnik und den in der Fabrikautomation etablierten Standards Bluetooth und WLAN.

Je nach Applikationsanforderung gibt es verschiedene Ausführungsmöglichkeiten: Von der einfachen Punkt-zu-Punkt-Verbindung bis zu selbstheilenden Mesh-Netzwerken lassen sich beliebige Netzwerkstrukturen aufbauen, um neben der I/O-Kommunikation und dem seriellen Kabelersatz auch eine direkte Integration von I/O-Modulen in eine Modbus-RTU-Steuerung zu realisieren.

Die Qualität der Funkstrecke lässt sich mit mehreren Diagnoseeinrichtungen sowohl während der Inbetriebnahme als auch im laufenden Betrieb analysieren und kontrollieren. Um Basics wie die RSSI-Empfangsfeldstärke (Receiver Signal Strength Indicator) zu messen und anzuzeigen, sind ein LED-Bargraph, ein analoger Signalausgang sowie ein potenzialfreier Relaisausgang vorhanden.

Große Distanzen per Funk überbrückbar

Die in den Funkmodulen implementierten Funktionen gegen eventuelle Datenmanipulation – wie die Paket-Authentifizierung, das proprietäre Protokoll oder die optional nutzbare AES-Datenverschlüsselung – erlauben den Einsatz der Funklösung auch in kritischen Anwendungen. Unterschiedliche Funkköpfe für lizenzfreie Frequenzen kombiniert mit flexiblen Netzwerkstrukturen und vielfältigen Betriebsmodi ermöglichen den Aufbau von Netzwerken mit bis 250 Stationen. Dabei lassen sich auch größere Distanzen überbrücken. Applikationen bei denen zwei Netzwerk-Teilnehmer mehrere Kilometer voneinander entfernt sind, wurden bereits realisiert.

Funksystem Radioline

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Das Radioline-Funksystem überträgt Daten von den auf den Pfannenwagen installierten Messgebern zum Wägeterminal. Phoenix Contact

Ohne Einfluss auf die WLAN-Kommunikation

Mit dem Funksystem lassen sich bis zu 250 Stationen per Funk untereinander vernetzen. Dabei überbrückt, abhängig von der gewählten Frequenz, das Radioline-System Distanzen bis zehn Kilometern zwischen zwei Teilnehmern. Weil jedes Modul auch als Repeater für nachgelagerte Stationen fungiert, beträgt die Gesamtausdehnung des Netzwerks ein Vielfaches. Das integrierte Blacklisting erlaubt zudem das Ausblenden von einzelnen WLAN-Kanälen, sodass sich Funksystem- und WLAN-Komponenten nicht gegenseitig beeinflussen.

Von Punkt-zu-Punkt- über Stern- bis zu selbstheilenden Mesh-Netzwerken sind vielfältige Strukturen möglich.

Jedes Radioline-Gerät kann um I/O-Module erweitert werden.

Bei der Inbetriebnahme lassen sich die I/O-Informationen mit korrespondierenden Modulen über das eingebaute Rändelrad austauschen. Alternativ lassen sich die Daten zentral in einem Modbus-Register führen, sie können so von entsprechenden Steuerungen direkt per Modbus gelesen und geschrieben werden. Darüber hinaus ersetzt Radioline serielle RS232/485-Verkabelungen per Funk. Die Module haben einen erweiterten Betriebstemperatur-Bereich von -40°C bis 70°C aus. In Kombination mit den weltweiten Ex-Zulassungen bieten sie sich auch für den Einsatz in Infrastruktur- und Prozess-Applikationen an.

Benjamin Fiene

ist Mitarbeiter Produktmarketing Communication Interfaces, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont.

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