Koexistenzmanagement Funksysteme störungsfrei parallel betreiben

Funksysteme wie WLAN oder Bluetooth halten vermehrt Einzug in die Automation. Dies setzt bei gleichzeitigem Einsatz einen störungsfreien Parallelbetrieb der verschiedenen Systeme voraus. So genanntes Koexistenzmanagement trägt entscheidend dazu bei, gegenseitige Funkbeeinflussung zu vermeiden.

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In der Automation kommen immer häufiger Funksysteme zum Einsatz. Die Vorteile gegenüber kabelgebundenen Systemen liegen auf der Hand: Neben der Einsparung von Kabeln und Steckern bringen funkbasierte Systeme eine erhöhte Mobilität und Flexibilität sowie die Verschleißfreiheit des Übertragungsmediums. Sobald jedoch mehrere Funksysteme gleicher oder verschiedener Art eingesetzt werden, besteht die Möglichkeit einer gegenseitigen Funkbeeinflussung. Aber wann und wodurch genau entsteht diese Beeinflussung beim Parallelbetrieb?

Prinzipiell kann eine Funkbeeinflussung nur dann auftreten, wenn mehrere Systeme am gleichen Ort, zur gleichen Zeit und auf der gleichen Frequenz funken (Bild 1). Die Ursache ist also immer die gleichzeitige Frequenznutzung, die praktischen Auswirkungen aber werden durch die Funkstörfestigkeit der beteiligten Funksysteme bestimmt.

Die örtlichen und frequenzmäßigen Überlappungen hängen dabei von Funktechnologiewahl und der zugehörigen Funkplanung ab. Die zeitliche Überlappung wird neben der Funktechnologie auch durch die Anwendung selbst bestimmt:

• durch die Häufigkeit der Funknutzung – wie oft und wie werden Datentelegramme verschickt, zyklisch oder ereignisgesteuert?
• durch die Dauer der einzelnen Funknutzung – wie lange dauert die Übertragung eines Funktelegramms (abhängig von Bitrate und Datenmenge)?

Die wesentlichen Einflussfaktoren von Funksystemen im Parallelbetrieb (Bild 2) sind die Koexistenz, Funkstörfestigkeit und Frequenznutzung. Koexistenz ist ein Zustand, in dem unterschiedliche Funksysteme bezogen auf ihre Anwendungen, deren Anforderungen und Randbedingungen (z.B. Umgebung) jeweils ihre bestimmungsgemäße Funktion erfüllen, trotz Vorhandenseins anderer Funksysteme.

Wie wirkt sich Funkbeeinflussung aus?

Für die Anwendungsbereiche in der Automatisierungstechnik wirkt sich eine Funkbeeinflussung hauptsächlich auf die Übertragungszeit der Datentelegramme aus. Es dauert also länger, bis ein Telegramm vollständig und richtig übertragen wird.

Diese Übertragungszeit wird an den für den Nutzer zugänglichen Schnittstellen gemessen, also beispielsweise die Zeitdauer vom Triggern eines Sensors bis zur Verfügbarkeit des Signals auf einem Feldbus oder vom Scannen eines Barcodes bis zur erfolgreichen Übergabe an ein Netzwerk (Bild 3).

Die Messung der Übertragungszeiten über einen längeren Zeitraum und eine Analyse, wie häufig Verzögerungen auftreten (Bild 4), ermöglicht deshalb eine schnelle Beurteilung, ob eine Funkbeeinflussung vorliegt und ob diese Funkbeeinflussung noch zulässig ist.

Was noch als zulässig gilt, wird dabei durch die Anwendung vorgegeben (siehe Tabelle). Übertragungszeit und Fehler- bzw. Telegrammverlustrate müssen unterhalb eines noch tolerierbaren Maximalwertes liegen (siehe roter Balken in Bild 4).

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