14. Oktober 2011

Gemeinsamer Wireless-Hart-Push

Beitrag aus openautomation 5/2011


2007 haben die FF, HCF und PNO erstmals ihre Zusammen­arbeit auf dem Gebiet der Wireless-Technologie bekannt ­gegeben. In diesem Zusammenhang wurde das Wireless ­Cooporation Team (WCT) gegründet. Einige Ziele auf der Roadmap wurden bereits erreicht und aktuell die Entwicklung ­einer Architektur für ein Wireless-Hart-Gateway angekündigt. Details und Hintergründe erläutert PNO-Vorstandsmitglied Klaus-Peter Lindner im Interview.


Herr Lindner, Sie sind 2007 mit dem WCT mit den Zielen angetreten, einen gemeinsamen Wireless-Standard zu etablieren und eine höhere Akzeptanz für drahtlose Technologien zu fördern. Wie lautet Ihre persönliche Einschätzung zur bisherigen Zielerreichung?

Klaus-Peter Lindner (Endress + Hauser Process Solutions AG) ist Vorstands­mitglied der Profibus Nutzerorga­ni­sation e. V. (PNO)

Klaus-Peter Lindner: Das damals gegründete Projekt Wireless Cooperation Team verfolgt im Ansatz eine ähnliche Zusammenarbeit der drei Organisationen für Kommunikationstechnologien, wie sie auf dem Gebiet der Electronic Device Description Language (EDDL) schon sehr erfolgreich exerziert wurde. So stellt sie einen weiteren Schritt in Richtung durchgängiger und einheitlicher Funktionalität für den Endanwender dar. Das WCT hat sich jedoch nicht auf das Gebiet der Konvergenz von existierenden Lösungen konzentriert, sondern hat vereinbart, eine Spezifikation für eine gemeinsame Schnittstelle zu einem Wireless-Gateway zu entwickeln. Weiterhin wurde beschlossen, die Wireless-Hart-Technologie der Hart Communication Foundation und die Norm ISA 100.11a der amerikanischen Instrumentation, Systems, and Automa­tion Society (ISA) als Grundlage für die Arbeit zu nehmen. Im Rahmen dieses Projekts sollten Anwendungsfälle und Anforderungen für die drahtlose Kommunikation zwischen intelligenten Feldgeräten in der Prozessmesstechnik und in Steue­rungsanwendungen der Automatisierungstechnik erörtert und auf dieser Basis Spezifikationen entwickelt werden.

Diese Anwendungsfälle und Anforderungen wurden erarbeitet und daraus ist die Spezifikation für ein Wireless-Hart-Gateway entstanden, das mit den Standardprotokollen der beteiligten Organisationen zusammenarbeiten kann. Meiner persönlichen Einschätzung nach hat man die Phase der Validierung von Anwendungsfällen und Anforderungen an die Schnittstellen der unterschiedlichen Kommunikationssysteme etwas unterschätzt. Es war aber dennoch richtig, die Zeit zu investieren und sich dementsprechend auf eine von allen Beteiligten getragene Architektur für ein Wireless-Hart-Gateway zu einigen.


Bitte erläutern Sie kurz die Meilensteine Ihrer bisherigen WCT-Arbeit?
Klaus-Peter Lindner: Die erste Phase des Projekts in 2008 beschäftigte sich vor allem mit der Erarbeitung gemeinsamer „Use-Cases“ und daraus resultierend mir der Erstellung einer ersten Version von Architektur und Anforderungen. In 2009 und 2010 waren die Organisa­tionen hauptsächlich mit der Validierung von sowohl verdrahteten als auch drahtlosen Hart-Lösungen beschäftigt. Auf den Erkenntnissen der Validierung musste bis Jahresmitte 2011 die Spezifikation für Architektur und Anforderungen nochmals angepasst werden.


Zu Beginn stand auch der Standard ISA100.11a auf dem Plan. Was ist aus diesen Bestrebungen geworden?
Klaus-Peter Lindner: Da der Standard ISA 100.11a einen erweiterten Bereich an Anwendungsfällen mitbringt, wurden vor allem diese Anforderungen in eine Definition für „HSE (High Speed Ethernet) Wireless Backhaul FF/ISA Cooperation Wired & Wireless Hart“ mit einbezogen. Dabei wird schwerpunktmäßig eine Funktionalität für übergeordnete Bussysteme adressiert.


Aktuell wurde die Entwicklung einer Architektur für ein Wireless-Hart-Gateway angekündigt. Bitte erläutern Sie die Hintergründe und technischen Details für diese Aktivität.
Klaus-Peter Lindner: Diese Spezifika­tion beinhaltet drei primäre Funktionen für die Integration: Gateway-Integration, Wireless-Sensor-Konfiguration und Systembetrieb.
Die Gateway-Konfiguration wird mittels der Gateway-Planungssoftware des Leitsystems ausgeführt. Dieses Werkzeug benutzt eine Client/Server-Kommunika­tion über HSE oder Profibus, um das IO Mapping der Wireless-Sensor-Parameter, zum Beispiel Geräteadresse, Geräte-Tag, Prozessvariable, Prozessalarm und andere Daten, in der Objektdatenbank anzulegen.

Wenn das Gateway konfiguriert ist, sorgt die Wireless-Sensor-Konfiguration für den Online-Betrieb des Geräts. Diese Konfigurationssoftware kommuniziert direkt mit dem Sensor und reicht die Telegramme an das Gateway weiter. Das Gateway wiederum sendet Telegramme an den Sensor und wartet auf eine Rückmeldung. Sobald diese Rückmeldung empfangen wurde, gibt das Gateway sie an die Konfigurationssoftware weiter, bis die gesamte Konfiguration fertiggestellt ist.

Sobald das Gateway und die Wireless-Sensoren konfiguriert sind, kann der normale Systembetrieb beginnen. Das Gateway arbeitet seine Liste der Wireless-Sensoren ab und veranlasst jedes Gerät, seine Parameterdaten an sich zu senden. In einigen Wireless-Sensor-Netzwerken können die Geräte auch so konfiguriert werden, dass sie ihre Daten periodisch ohne eine spezielle Aufforderung an das Gateway schicken. In jedem Fall verwaltet das Gateway einen Zwischenspeicher, der vom Leitsystem ausgelesen werden kann.

Die Abbildung zeigt, wie Daten von einem Wireless-Sensor in einem Mesh-Netz­werk in ein Host-Automatisierungssystem integriert werden. Die Spezifikation deckt die folgenden drei, für die Integration erforderlichen Hauptfunktionen ab: Gateway-Konfiguration, Wireless-Sensor-Konfiguration und Systembetrieb



Bis wann werden die Entwicklungsarbeiten abgeschlossen sein?
Klaus-Peter Lindner: Zunächst muss klargestellt werden, dass es ja schon seit längerer Zeit Wireless-Hart-Gateways, wie das Wireless-Hart-Fieldgate, im Markt gibt. Es empfängt Mess- und Dia­gnoseinformationen und stellt diese im Anlagennetzwerk zur Verfügung. Diese Gateways benutzen Ethernet oder eine RS-485-Schnittstelle mit Hart- oder Modbus-Protokoll. Die Konfiguration des Gateways selbst, des Netzwerks und der Wireless-Hart-Geräte erfolgt über einen Webserver oder DTM. Der nächste wichtige Schritt ist nun, ein Wireless-Hart-Gateway mit den Schnittstellen für Profibus, Profinet und HSE der FF auf den Markt zu bringen, um Erfahrungen mit diesen Netzwerken im Zusammenspiel mit Wireless-Hart-Netzwerken machen zu können. Mit den Wireless-Hart-Gateways für diese Standardprotokolle ist ein weiterer wesentlicher Baustein für Wireless-Hart-Netzwerke geschaffen. Wir rechnen mit den ersten Gateways für Profibus/Profinet und HSE im Markt in 2012.


Welche nächsten Meilensteine sieht Ihre Roadmap vor?
Klaus-Peter Lindner: Mit der Veröffentlichung der Spezifikation für das Wireless-Hart-Gateway ist zunächst der Anfang für eine Reihe von noch notwendigen Schritten zur Definition und Spezifikation von Komponenten innerhalb eines Wireless-Hart-Netzwerks gemacht. Nach dem Sammeln von Erfahrungen mit integrierten Lösungen unter Einsatz dieser Gateways für die Standardprotokolle können die weiteren Schritte und Meilensteine definiert werden.


Inge Hübner


Weitere Informationen unter www.profibus.com.



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