Bluetooth-basierte Kommunikation
Funken in rauer Umgebung
In der unternehmenseigenen Gießerei der MPG Mendener Präzisionsrohr GmbH werden die zu schmelzenden Metalle über Chargierwagen zu den Öfen transportiert. Funklösungen von Phoenix Contact sollen hier eine störungsfreie Kommunikation in der rauen Industrieumgebung sicherstellen. Damit tragen sie zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit sowie zur Reduzierung von Instandhaltungskosten bei.
Die MPG Mendener Präzisionsrohr GmbH produziert und verarbeitet seit über 150 Jahren Metalle. Das ehemals als Metallwerke GmbH bekannte Unternehmen hat sich dabei auf die Herstellung von Nahtlosrohren spezialisiert. Das am Nordrand des Sauerlands in Menden gelegene Werk umfasst unter anderem eine eigene Gießerei, Strangpressen, Walzen sowie die Endbearbeitung. Mehr als 13 Prozent des gesamten Energiebedarfs – rund 1,6 Millionen Kilowattstunden – werden umweltfreundlich durch Blockheizkraftwerke und Photovoltaikanlagen erzeugt. Neben den Wärmetauschrohren in verschiedenen Kupferlegierungen bietet das Unternehmen Rippenrohre, Drallrohre sowie Bimetall- und Sicherheitsdoppelrohre an. Pro Monat fertigen die 150 Mitarbeiter zwischen 200 und 250 Kilometer Rohre. Diese werden in einer Vielzahl von Anwendungen zum Wärmen oder Kühlen eingesetzt. Dazu gehören der Kraftwerks- und Anlagenbau, Raffinerien, Meerwasser-Entsalzungsanlagen, die Automobilindustrie, der Schiffbau sowie wärme- und klimatechnische Anlagen.
Funktechnologie für ausgedehnte Anlagen
Das Produkt-Portfolio von Phoenix Contact umfasst seit mehr als zehn Jahren Wireless-Technologien für die industrielle Nutzung. Die speziellen Anforderungen des Marktes führten seinerzeit zur Entwicklung der proprietären Technologie Trusted Wireless, die stetig fortgesetzt wurde. Mit der Version 2.0 erhält der Anwender nun eine Lösung, die sich insbesondere für die drahtlose Weiterleitung von Sensor- und Aktor-Informationen sowie zur Übertragung geringer bis mittlerer Datenmengen in ausgedehnten Anlagen eignet. Bei freier Sicht lassen sich Distanzen von einigen hundert Metern bis zu mehreren Kilometern zwischen zwei Funkteilnehmern überbrücken. Die wesentlichen Merkmale von Trusted Wireless 2.0 sind:
- robuste Kommunikation durch ein Frequenzsprungverfahren (FHSS)
- automatische und manuelle Koexistenz-Mechanismen
- sichere Datenverschlüsselung und Authentifizierung
- große Reichweiten mit hoher Empfängerempfindlichkeit und variablen Übertragungsraten
- flexible Netzwerkstrukturen mit automatischem Verbindungs-Management
- dezentrales Netzwerk-Management
- umfangreiche Diagnose-Eigenschaften
- Anpassungsmöglichkeiten an die jeweilige Applikation.
Hohe Anforderungen an Material und Technik
Die Wärmetauschrohre müssen nicht nur hohen Anforderungen genügen, sondern bis zu 40 Jahre einwandfrei funktionieren. Deshalb werden die Vormaterialien in der Gießerei über die normgerechte Qualität hinaus für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert. Ein Stapler befördert sie dann zu den schienengeführten Chargierwagen, deren Position von Sensoren erfasst wird. Sobald der Deckel des Ofens geöffnet ist, fährt der Chargierwagen vor. Das Rohmaterial wird anschließend über eine Unwucht-Schwingrinne in den Schmelzofen transportiert, wo die Schmelze zum Gießen der Rohrrohlinge erzeugt wird. Die Chargierrinnen sind als robuste Schraub- und Schweißkonstruktion vibrationsfest ausgeführt. Aufgrund der speziellen ‚Sandwich-Bauart‘ mit niedertourigen Vibrationsmotoren verringert sich die unvermeidliche Geräuschemission deutlich. MPG nutzt Chargierwagen der in Recklinghausen ansässigen Cyrus Schwingtechnik GmbH. Das 1976 gegründete Unternehmen produziert maßgeschneiderte und nahezu wartungsfreie Maschinen für unterschiedliche industrielle Branchen wie Gießerei-, Schmiede- und Recycling-Industrie. Das Produktspektrum von Cyrus beinhaltet unter anderem Chargiermaschinen, die Öfen verschiedener Größe und Anordnung beschicken. Die fahrbaren Wagen bestehen aus einem Fahrwerk, Bunker, einer Unwucht-Schwingrinne und der elektrischen Steuerung. Für die Steuerungstechnik ist die Bregar Systemtechnik e.K. aus Oberhausen verantwortlich, die sich auf Lösungen rund um die Automatisierung von Bewegungsabläufen sowie Komplettsysteme mit Verkabelung und Schaltschränken spezialisiert hat.
Teuer, störanfällig und wartungsintensiv
In der Vergangenheit wurden die Signale wie die Wagenposition, Störmeldungen, Start/Stopp oder Not-Halt über Kabeltrommeln zwischen der Zentralsteuerung und der lokalen Maschinensteuerung übertragen. Das leitungsgebundene Konzept erwies sich allerdings als teuer, störanfällig und wartungsintensiv. Thomas Vos, bei Bregar für die Steuerungstechnik zuständig, sagt: „Bei der Suche nach einer alternativen Kommunikationslösung bin ich auf die Funktechnik von Phoenix Contact aufmerksam geworden.“ Als Kabelersatz verwendet Bregar nun Wireless-Multiplexer, die auf der Bluetooth-Technologie basieren. „Mit dem Wireless-Mux werden die Signale von den Chargierwagen zur zentralen Maschinensteuerung gefunkt“, erläutert Vos. „So lassen sich die Daten selbst in dieser rauen Industrieumgebung einfach und wirtschaftlich weiterleiten.“ Wegen der guten Erfahrungen mit den Funksystemen des Blomberger Automatisierungsanbieters setzt Bregar diese in vielen Anwendungen für unterschiedliche Kommunikationsanforderungen ein. Applikationen, in denen deutlich mehr Signale über größere Distanzen ausgetauscht werden müssen und zudem noch Hindernisse wie Rolltore zu überwinden sind, können beispielsweise mit dem Radioline-Funksystem umgesetzt werden. Radioline arbeitet mit der proprietären Trusted Wireless-Technologie, die speziell zur Übertragung geringer bis mittlerer Datenmengen in ausgedehnten Anlagen entwickelt worden ist.
Inbetriebnahme ohne Software
Der bei MPG genutzte Wireless-Mux wird überall dort verwendet, wo wenige digitale oder analoge Ein- und Ausgangssignale drahtlos mit einer entfernten oder beweglichen Station kommuniziert werden müssen. Das Gerät leitet 16 digitale und zwei analoge Signale bidirektional weiter, so dass es ein 40-adriges Signalkabel ersetzt. Als Wireless-Technologie kommt der internationale Bluetooth-Standard gemäß IEEE 802.15.1 in der Version 1.2 zum Einsatz, der im kosten- und lizenzfreien 2,4-GHz-Frequenzband funkt. Aufgrund des integrierten schnellen adaptiven Frequenzsprungverfahrens (AFH) erweist sich die Kommunikation als robust und zuverlässig. Außerdem stört sie eventuell vor Ort installierte WLAN-Systeme gemäß IEEE 802.11b/g nicht, denn Bluetooth erkennt entsprechend belegte Kanäle automatisch und entfernt sie aus der eigenen Sprungtabelle. Auf diese Weise können beide Funksysteme ohne gegenseitige Störung auch in unmittelbarer Nähe betrieben werden. Die effiziente Frequenznutzung erlaubt ferner den Parallelbetrieb zahlreicher Bluetooth-Systeme an einem Ort. Die Wireless Mux-Module lassen sich ohne Software einfach in Betrieb nehmen: anschließen, einschalten und schon arbeitet die Funkstrecke. Die Verbindung wird dabei ständig überwacht. Sollte sie massiv gestört oder unterbrochen sein, werden die Ausgänge in den definierten Zustand ‚Low‘ zurückgesetzt und dies per Diagnose-LED am Modul visualisiert. Darüber hinaus informiert eine Anzeige zur Link-Qualität den Anwender permanent über die Verbindungsgüte. Trotz der Zykluszeit von weniger als zehn Millisekunden sehen die Wireless Mux-Module eine Übertragungsreserve von vier Telegramm-Wiederholungen innerhalb der Zykluszeit vor. Eine eingebaute Fehlerkorrektur ermöglicht zudem die Behebung vieler einfacher Kommunikationsfehler bereits im Empfänger. Mit dem Wireless Mux können Reichweiten zwischen 50 und 100 Metern in der Industriehalle sowie von mehr als 200 Metern im freien Feld überbrückt werden.
Alternative zum Kabel
Die bei MPG eingerichtete Funkstrecke funktioniert seit über sechs Jahren störungsfrei. „Durch Verwendung der Wireless-Lösungen von Phoenix Contact haben wir zahlreiche Herausforderungen gelöst sowie viel Geld eingespart“, zieht Thomas Vos ein positives Resümee, dem sich die zuständigen Mitarbeiter von Cyrus und MPG anschließen. Für alle zeigt sich Funk als echte Alternative, auf die sie bei zukünftigen Projekten gerne wieder zurückgreifen.
