Die WirelesHART-Applikation bei Stahl Gerlafingen umfasst insgesamt sieben Messstellen.

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Neben dem WirelessHART-Gateway ist für den Aufbau eines solchen Netzwerkes derzeit ein batteriebetriebener Adapter erforderlich, um die vorhandenen Sensoren einzubinden. Zuerst sollten sich Anwender anhand eines Anlagenplans einen Überblick verschaffen und die Positionen der geplanten drahtlosen Messstellen eintragen.

Der Knackpunkt: Der Plan muss Auskunft darüber geben, wie „durchlässig" die vorhandene Infrastruktur für die Ausbreitung der Funkwellen ist: Metallbehälter oder Wände können beispielsweise die „direkte Sicht" auf die Nachbar-Messstellen verhindern und die maximale Distanz zwischen zwei Messstellen drastisch verkürzen - bei Stahl Gerlafingen an einer Messstelle beispielsweise auf 30 m. Besteht eine Sichtverbindung zwischen mehreren Messstellen, sind Entfernungen bis 250 m unproblematisch.

Hinsichtlich Kommunikationsaufkommen ist es ideal, das Gateway möglichst zentral zwischen den einzelnen Messstellen zu platzieren. Dabei gilt es zwei Aspekte zu beachten:

1. Hat jede drahtlose Messstelle mindestens zwei erreichbare Nachbarn? Andernfalls ist ein Repeater erforderlich.
2. Besteht zwischen Gateway und mindestens 20 % der Messstellen direkter Funkkontakt, so dass kein Routing über andere Geräte notwendig ist? Falls nicht, muss entweder ein zusätzlicher Repeater oder ein bessere Position für das Gateway in Erwägung gezogen werden.

Durchflussmessung bei der Sauerstoffzufuhr des Erdgasbrenners mit WirelessHART-Adapter.

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Eine weitere Topologie-Variante ist die Unterteilung des Netzwerks in mehrere Segmente. Kriterien dafür können beispielsweise geografische Ursachen (ein abgelegenes Tanklager) oder funktionale Gründe sein, beispielsweise, um alle Messstellen eines Anlagenteils zusammenzufassen. Mehrere Netzwerke lassen sich problemlos parallel betreiben.

Diese erhalten dazu eine unterschiedliche Kennung und beeinflussen sich dann nicht. Anwender verunsichert oft die Frage, ob sich WirelessHART und andere Netzwerke gegenseitig stören. Die Praxis zeigt: Die Beeinträchtigungen sind sehr gering.

Trotzdem sollte man bei der Einführung von WirelessHART im Unternehmen in Betracht ziehen, ein Koexistenz- Management für drahtlose Netzwerke einzuführen. Eine Empfehlung des ZVEI beschreibt, wie sich dies sehr einfach realisieren lässt.

Batterien halten zwischen drei und zehn Jahren

Die drahtlos übertragenen Prozesswerte werden bei Stahl Gerlafingen visualisiert und aufgezeichnet - zusammen mit weiteren Kenngrößen des Netzwerks. Dazu gehören laut NE124 „Anforderungen an Wireless Automation" zum Beispiel die Restlebensdauer der Batterie, die verbrauchte Energie und die Signalstärke der einzelnen Funkadapter.

Per Fieldgate können mehrere Sensoren mit Normsignalen in ein WirelessHART-Netzwerk integriert werden.

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Wie lange eine Batterie hält, hängt vor allem davon ab, ob nur der Funkadapter mit Energie versorgt werden muss oder auch das angeschlossene Feldgerät. Übernimmt die Batterie daneben die Versorgung des Sensors, sind die Messrate und der Energiebedarf des Sensors entscheidend. Bei Druck- oder Temperaturmessungen und sechs Messungen pro Stunde sind Batterie-Standzeiten von drei bis fünf Jahren realistisch.

Um diese Betriebsdauer bei den energieintensiveren Füllstandmessungen zu erreichen, muss die Frequenz auf eine Messung pro Stunde reduziert werden. Noch mehr Strom verbrauchen Durchfluss- und Analyse- Messungen. Sie werden deshalb über eine externe Spannungsquelle versorgt. In diesen Fällen, ist eine Batterielebensdauer von zehn Jahren zu erwarten. WirelessHART-Netzwerke sind robust.

Dies belegen die ermittelten Kennzahlen zur Stabilität und Verfügbarkeit, die über den Netzwerkmanager des Gateways zur Verfügung stehen: Die Stabilität gibt an, wie häufig Datenpakete verloren gehen und erneut gesendet werden müssen. Bei der als extrem rau einzustufenden Applikation im Stahlwerk gingen zwar 40 % der Pakete bei der ersten Übertragung verloren.

Die entscheidende Größe ist jedoch die Zuverlässigkeit, die auch Paketwiederholungen berücksichtigt. Und diese lag bei 100 %. Auch den Kostenvergleich mit kabelgebundenen Lösungen braucht Wireless- HART nicht zu scheuen. Mit der Funkvariante fahren Anwender bei schwer zugänglichen Messstellen um bis zu 70 % günstiger.

Autor: Sarah Caruso ist Marketing Managerin Prozessautomatisierung bei der Firma Endress+ Hauser in Weil am Rhein.