Integration von Wireless-Technologie in PACs – Industrielle WLAN Access Points von National Instrume

Die Wireless-Technologie hat direkten Einfluss darauf, wie Menschen mit Problemstellungen bei Anwendungen umgehen und diese lösen. Man denke etwa an den Wandel in der Telekommunikationsindustrie mit dem Aufkommen von Mobiltelefonen oder an neue Anwendungen für die dezentrale Überwachung und die Prozessautomatisierung. Wireless-Systeme bieten eine Vielzahl von Vorteilen wie beispielsweise weniger Verbindungen über Kabel und geringere Kosten für die Installation. Überdies werden durch die Unabhängigkeit von Kabeln neue Anwendungsfelder erschlossen.

Programmable Automation Controllers und Wireless-Technologie

Während Wireless-Technologien die Welt der Kommunikation und Messanwendungen verändern, arbeiten führende Mess- und Automatisierungsunternehmen daran, die Flexibilität und Leistungsfähigkeit von Mess-, Steuer- und Regelsystemen weiter zu verbessern. Neue Klassen industrieller Controller, die als Programmable Automation Controllers (PACs) bekannt sind, verbinden Robustheit und Zuverlässigkeit einer speicherprogrammierbaren Steuerung mit der Flexibilität und Leistung eines PCs im Rahmen einer offenen Softwarearchitektur. Dank dieser Controller lassen sich fortschrittliche Systeme entwerfen, die nicht nur Softwarefunktionen wie z. B. eine leistungsstarke Regelung, Kommunikation, Datenprotokollierung und Signalverarbeitung, sondern auch robuste Hardware umfassen, die Logik, Motorsteuerung, Prozesssteuerung und Bildverarbeitung ausführt. Durch die Verbindung der Flexibilität und Leistung von PACs mit Fortschritten bei Wireless-Technologien können Ingenieure neue Messanwendungen für die Industrie sowie Applikationen für die Fernüberwachung entwickeln. Dazu zählen u. a. dezentrale Anwendungen wie:

• Überwachung von Maschinenzuständen und Strukturen
• Embedded-Datenprotokollierung
• Überwachung von Umweltdaten

Abb. 1: PACs von NI

Wireless Access Points im industriellen Umfeld

Die weite Verbreitung und Anwendung von WLAN-Geräten auf Basis des Standards IEEE 802.11 ermöglichte auch die Verwendung der WLAN-Technologie für Privathaushalte und Unternehmen. Die Offenheit und Geschwindigkeit der Wireless-Technologie lassen sie zu einem Industriestandard für die kabellose Kommunikation zwischen PCs und Netzwerken auf Unternehmensebene werden. Sicherheitsprotokolle wie beispielsweise IEEE 802.1X mit Authentifizierungsmechanismus und Wi-Fi Protected Access (WPA) gehen auf Sicherheitsbelange ein, und die einfache Bedienbarkeit und die hohen Bandbreiten von IEEE 802.11 haben die Verbreitung der Wireless-Technologie ebenfalls beschleunigt. Da die Software NI LabVIEW und PACs offene Industriestandards unterstützen, profitieren Industriesysteme ebenso von der weiten Verbreitung, der Bedienfreundlichkeit und der Geschwindigkeit der Wireless-Technologie. Wird die Wireless-Technologie jedoch in Industrieumgebungen eingesetzt, so ist eine robuste, nicht mit typischen kommerziellen Produkten vergleichbare Hardware erforderlich. Wireless-Geräte für die Industrie verbinden die Eigenschaften des Wireless-Standards mit einem robusten Gehäuse und den Spezifikationen für Industrieanwendungen. WAPs (Wireless Access Points) von NI bieten kabellosen Zugang auf Basis des Standards IEEE 802.11g/b in zwei Versionen: NI WAP-3701, welches die von der FCC in den Vereinigten Staaten geforderte Sendeleistung/Frequenzen unterstützt, und NI WAP-3711, das die Sendeleistung/Frequenzen für den Betrieb in Europa und anderen Ländern unterstützt. Das Modul WAP-3701 verwendet das nordamerikanische IEEE-802.11-Frequenzband mit 2,4 GHz (Kanäle 1 bis 11), während das Modul WAP-3711 mit dem internationalen Frequenzband mit 2,4 GHz (Kanäle 1 bis 13) kompatibel ist.

Abb. 2: WAP für das industrielle Umfeld

Kundenlösung: Wireless Access Points und PACs

In der Kundenlösung „Forscher verwenden NI LabVIEW und NI CompactRIO zur Überwachung der Umwelt im Regenwald Costa Ricasnutzte das CENS (Center for Embedded Networked Sensing) an der University of California, Los Angeles (UCLA) LabVIEW sowie die Hardware CompactRIO für die Entwicklung eines drahtlosen Sensorsystems, das verschiedene Umgebungsdaten erfasst, dezentrale Konfigurationsfunktion bietet, Erweiterungen zulässt und Forschern weltweit über das Internet Zugriff auf die Messwerte ermöglicht. Das CENS implementierte das System mithilfe modularer Hardware von NI und den zusätzlichen Kommunikations- und Konfigurationsvorteilen von LabVIEW. Ingenieure wählten CompactRIO als zentrale Messeinheit und die Netzwerkschnittstelle NI Compact FieldPoint mit Controllern des Typs NI cFP-180x für die verteilten drahtlosen Messungen aus. Sie verwendeten zudem das Modul NI WAP-3701 zur Übertragung von Daten zwischen den verteilten Sensoren.

Dr. William Kaiser, ULCA, sagte dazu: „Aufgrund der Flexibilität von LabVIEW können wir Messungen konfigurieren, Kanäle auswählen und sogar Skalierungen von einem Laptop aus vornehmen, der mit dem System verbunden ist.“

Wireless-Access-Point-, Client- und Bridge-Funktionalität in einem Gerät

Ein WAP-37x1 arbeitet in drei Modi: Access Point, Client und Bridge. Wenn ein WAP-37x1 sich im Modus „Access Point“ befindet, arbeitet es als Wireless-Link zu einem Ethernet-Zugangspunkt, der die Verbindung zwischen einem Host-PC oder einem PAC und mehreren Client-PAC-Systemen herstellt (siehe Abbildung 3). Das Modul fungiert auch als Brücke (Bridge), die dezentrale Geräte mit einem Zugangspunkt verbindet und so die Gesamtreichweite für ein Wireless-System erhöht.

Abb. 3: Ein NI WAP-37x1 als Access Point, Bridge und Client

Funktionen des WAP-37x1 im Industrieeinsatz

WAPs von NI bieten eine zweifach redundante Spannungsversorgung mit einem Eingangsbereich von 12 bis 45 VDC. Sie sind für Betriebstemperaturen von 0 bis 60 °C ausgelegt und besitzen ein Metallgehäuse entsprechend IP30-Standard für den Einsatz im industriellen Umfeld. Sie bieten die Zertifizierungen Klasse 1, Division 2 sowie ATEX für den Einsatz in Gefahrenbereichen und sind für die DIN-Hutschienen- oder Panelmontage geeignet.

Kompatibilität von NI LabVIEW und Wireless-Technologie

LabVIEW ist eine offene grafische Entwicklungsumgebung, die mit zahlreichen Industriestandards wie z. B. WLAN eingesetzt werden kann. WLAN und Ethernet werden in den Sicherungs- und physikalischen Schichten in der Internet Protocol Suite unterstützt. LabVIEW kommuniziert Daten über WLAN (auf Basis des Standards IEEE 802.11) so, wie es auch Daten über kabelgebundenes Ethernet auf Basis des Standards IEEE 802.3 weiterleitet. LabVIEW und die damit kompatiblen Ethernet-basierten Protokolle, darunter TCP/IP, UDP, und Umgebungsvariablen, arbeiten zuverlässig über WLAN-Verbindungen.

Fazit

Heutzutage ist WLAN-Zugang in vielen Privathaushalten und Unternehmen zu finden. Durch Verbindung der Verfügbarkeit von WLAN mit der Verarbeitungs- und Embedded-Leistung von Echtzeithardware können kabellose PAC-Systeme zahlreiche Herausforderungen bei der Anwendungsentwicklung bewältigen. LabVIEW bietet Kompatibilität mit WLAN und kabelgebundener Ethernet-Kommunikation. Daher können Anwender PACs ganz einfach um drahtlosen Zugang ergänzen.

Weitere Informationen

Programmable Automation Controller

National Instruments Wireless Access Points (WAP-37x1)

Kundenlösung: Forscher verwenden NI LabVIEW und NI CompactRIO zur Überwachung der Umwelt im Regenwald Costa Ricas

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