Abb. 1Beispielhafte Topologie eines drahtlosen Netzwerks
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Leitwarte |
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Auswerteeinheit für drahtgebundene Feldgeräte |
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Auswerteeinheit |
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System-Manager |
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Access-Point in der Funktion als Backbone-Router |
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Access-Point |
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Access-Point in der Funktion als Field-Device-Access-Point |
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Hop-Point |
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Nachgerüstetes Feldgerät |
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E/A-Feldgerät |
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GasSecure GS01 |
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Dräger Polytron® 6100 EC WL |
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Backbone |
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Ethernet oder LWL |
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Drahtlose Übertragung der Daten vom Access-Point zum Backbone |
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Drahtlose Übertragung der Daten zwischen Feldgeräten und zum Backbone |
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Drahtgebundene analoge oder digitale Kommunikation |
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Drahtgebundene Modbus-Kommunikation oder PROFIsafe®-Kommunikation über PROFIBUS/PROFINET |
Der System-Manager überwacht und verwaltet unter anderem folgende Systemfunktionen:
Sicherheitsmanagement
System-Performance, Latenzen des Systems, Redundanz
Systemzeit
Feldgeräte-Management (z. B. Adresszuweisung und Routing-Tabellen)
In diesem Handbuch sind System-Manager und Wireless-Gateway gleichgesetzt. In einer detaillierten Beschreibung müssen System-Manager und Gateway getrennt voneinander betrachtet werden.
Am System-Manager sind Auswerteeinheiten angeschlossen (z. B. Dräger REGARD® 7000 mit Modbus Master Modul). Auswerteeinheiten verarbeiten die Daten des System-Managers und lösen Alarme oder Gegenmaßnahmen aus.
Wenn Kommunikation über PROFIsafe® genutzt wird (z. B. für SIL 2-Anwendungen) ist als Auswerteeinheit ein F-Host (Failsafe-Host) zu verwenden, der mit F-Slaves (FailSafe-Feldgeräten) kommuniziert. Der System-Manager leitet die Nachrichten in diesem Fall nur weiter und greift nicht in die PROFIsafe®-Kommunikation ein.
Der Backbone (Rückgrat) ist der drahtgebundene Teil des Netzwerks, der die Backbone-Router (BBR) mit dem System-Manager verbindet. Die Verbindung wird über Lichtwellenleiter (LWL) oder Ethernet hergestellt.
Ein Access-Point (Zugangspunkt) ist der Übergang vom drahtlosen zum drahtgebundenen Teil des Netzwerks. Access-Points geben die Informationen ihrer Endgeräte drahtgebunden an den System-Manager weiter. APs sind vergleichbar mit der Basis-Station von mobilen Festnetztelefonen. In beiden Fällen wird ein drahtloses Netzwerk für eine Vielzahl an mobilen Endgeräten aufgespannt.
In Abhängigkeit davon, an welcher Stelle sich ein AP im Netzwerk befindet, nimmt ein AP unterschiedliche Rollen ein.
Wenn ein Access-Point drahtgebunden direkt mit dem Backbone verbunden ist, wird der Access-Point als Backbone-Router bezeichnet. Es können mehrere Backbone-Router am Backbone angeschlossen sein.
Feldgeräte und Field-Device-Access-Points kommunizieren drahtlos mit dem Backbone-Router über das Subnetzwerk, das der Backbone-Router aufspannt.
Am Backbone-Router können weitere Access-Points drahtgebunden angeschlossen sein.
Verwechslungsgefahr
Backbone-Router sind über Kabel mit dem Backbone verbunden. Repeater oder Feldgeräte mit Router-Funktion werden oftmals auch als Router bezeichnet. Diese "Router" sind allerdings nicht über Kabel mit dem Backbone verbunden und leiten die Signale nur weiter.
Backbone-Router können auch ein Bauteil des System-Managers sein.
Field-Device-Access-Points (Zugangspunkte für Feldgeräte) sind Access-Points, die drahtlos mit dem Backbone kommunizieren. Die Kommunikation zum Backbone erfolgt entweder über Access-Points oder direkt mit einem Backbone-Router.
Von Dräger erprobte Geräte sind im Anhang aufgelistet.
Feldgeräte können auch als Endgeräte oder Clients bezeichnet werden. Sie melden sich am AP an und tauschen Informationen aus. Weil Feldgeräte Daten empfangen und ausgeben, werden sie oftmals auch als E/A-Geräte (I/O devices) bezeichnet.
Es gibt Feldgeräte, die zusätzlich zur drahtlosen Kommunikation über Kabel mit der Leitwarte kommunizieren. Diese Feldgeräte werden mit einer ISA100 WirelessTM-Antenne nachgerüstet. Sie kommunizieren zusätzlich drahtgebunden mit einer weiteren Schnittstelle (z. B. 4-20-mA-Schnittstelle).
Feldgeräte können mobile Feldgeräte (Tablets, Smartphones, Laptops), stationäre Feldgeräte oder sich langsam bewegende stationäre Feldgeräte sein. Oftmals kommunizieren mobile Feldgeräte über ein anderes Protokoll (nicht ISA100 WirelessTM) mit einem weiteren System-Manager oder Gateway.
Access-Points oder Field-Device-Access-Points werden nicht als Feldgeräte bezeichnet, da sie fester Bestandteil der Netzwerkinfrastruktur sind.
Manche Feldgeräte können zusätzlich zur eigentlichen Funktion auch als Router fungieren. Feldgeräte, bei denen diese Funktion aktiv ist, bilden einen Hop-Point im Netzwerk.
Weil ein Betrieb als Router mehr Energie verbraucht als ein normaler Betrieb, sind solche Geräte häufig an das Stromnetz angeschlossen.
Feldgeräte mit Router-Funktion sind auch ohne Messfunktion verfügbar. Sie sind dabei
nur noch als Router in das Netzwerk eingebunden. Der Polytron® Repeater ISA100 ist ein Router ohne Messfunktion.
Die Spannungsversorgung der Feldgeräte erfolgt über Batterien oder über das Stromnetz. ISA100 WirelessTM schließt keine Art der Spannungsversorgung aus.
Wenn ein Batteriebetrieb nicht möglich ist, sind Feldgeräte an eine externe Spannungsversorgung angeschlossen. Eine externe Spannungsversorgung kann nötig sein, wenn die Router-Funktion aktiv ist und viel Funkverkehr vorhanden ist.
Wenn der Einsatzort im explosionsgefährdeten Bereich liegt, muss bei externen Spannungsversorgungen eine Sicherheitsbarriere vorgeschaltet sein.
Router oder Feldgeräte mit Router-Funktion bilden einen Hop-Point im Subnetzwerk.
Hop-Points erweitern ein Netzwerk und sorgen für redundante Übertragungswege. Signale werden unverarbeitet weitergeleitet und kein eigenes Subnetzwerk aufgespannt.
Datenübertragungen zum System-Manager sind über Hop-Points langsamer als die direkte Datenübertragung zu Access-Points. Latenzen (Wartezeiten) bei den Hop-Points können die Kommunikation verlangsamen.
Die Kommunikationswege über Hop-Points sind bei manchen System-Managern von Werk
aus unterbunden. Die Funktion kann aber aktiviert werden.
In Reihe geschaltete Hop-Points können die Ansprechzeit verzögern. Wenn Ansprechzeiten ein kritischer Faktor sind, muss die Anzahl der Hops (Funkverbindungen) vom Feldgerät zum Access-Point begrenzt werden. In Abb. 3 sind beispielsweise nur ein (1) oder zwei (2) Hops im Subnetzwerk erlaubt.
Abb. 2Hop-Points in einem Subnetzwerk
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Erster Hop-Point nach dem Access-Point des Subnetzwerks Ein weiterer Hop-Point kann sich daran anschließen. |
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Zweiter Hop-Point nach dem Access-Point des Subnetzwerks Ein weiterer Hop-Point könnte die Ansprechzeit zu sehr verzögern. |
System-Manager von Yokogawa unterstützen maximal 4 Hops (Funkverbindungen) zwischen
einem Feldgerät und dem Backbone-Router (Stand September 2020).
Router werden auch als Repeater bezeichnet. Router erweitern die Netzwerkausdehnung und gleichen Schwachstellen aus. Sie bilden einen Hop-Point im Subnetzwerk. Eingehende Daten werden unverarbeitet weitergeleitet.
Router spannen kein eigenes Subnetzwerk auf.