Störfestigkeit und Übertragungssicherheit in der Automatisierung

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Leitungs- und strahlungsgebundene Messungen

Um den Einfluss verschiedener fremdartiger Funksysteme ohne Umgebungseffekte erfassen zu können, empfehlen sich Messungen, bei denen das Bluetooth-SAI-System und -Störsysteme (hier WLAN) leitungsgebunden über Koppler miteinander verbunden sind. Über Teiler und Dämpfungsglieder wurde eine Standardumgebung geschaffen, die eine Funkstrecke von 3 m bzw. 12 m repräsentiert. Somit lassen sich exakt die von WLAN-Clients durch Kommunikation mit dem Access-Point verursachten Störungen erfassen, ohne dass andere äußere Einflüsse die Datenübertragung beeinträchtigen.

Das Bluetooth-Nutzsignal und das WLAN-Störsignal sind am SAI-Modul gleich stark, das Signal-Stör-Verhältnis SIR (Signal-to-Interference Ratio) beträgt also 0 dB. Eingekoppelt werden mehrere WLAN-Störer mit unterschiedlichen Frequenzkanälen. Über Richtkoppler wird der Protokoll-Analysator drahtlos angebunden.

Alle strahlungsgebundenen Messungen wurden a) im abgeschirmten und reflexionsarmen Messraum, b) im Labor mit zusätzlichen WLAN-Störern und c) in realen Industrieumgebungen an vier charakteristischen Orten vorgenommen, jeweils mit Funkstrecken von 3 m und 12 m. Störungen durch parasitäre Maschinenemissionen und anderen Funksysteme lagen im Frequenzbereich von Bluetooth nicht vor.

In Nachbarschaft eines WLAN können Störungen auftreten

Die stärksten Beeinträchtigungen zeigten sich, wenn ein oder zwei WLAN-Störer auftraten und deren Störpegel in die Größenordnung des Nutzpegels fällt. Passive Umgebungseinflüsse durch Mehrwegeausbreitung und Bewegungen ergaben bei Abständen bis zu 12 m hingegen geringere Beeinträchtigungen.

Die bei diesen Messungen eingesetzten Gateway- und SAI-Module verwendeten jeweils integrierte Antennen mit nahezu isotroper Charakteristik, was zu folgenden Systemeigenschaften führt:

• vereinfachte Montage, weil keine Richtungsabhängigkeit besteht;
• geringe Abschattungseffekte, weil insbesondere in industrieller Umgebung stets redundante Signalwege vorliegen;
• ungünstigeres Störverhalten, weil Störer nicht über die Antennenrichtwirkung ausgeblendet werden können.

Zusammenfassend bestätigt sich, dass Bluetooth neben seiner kommerziellen Verwendung auch in rauen Industrieumgebungen ein sehr geeignetes Kommunikationssystem darstellt. Die inhärenten Systembestandteile wie adaptives Frequency Hopping, FEC und ARQ führen selbst bei schlechter Kanalqualität zu sehr guten Ergebnissen der Applikationsparameter.

Bluetooth-basierte Sensor-Aktor-Systeme können somit leitungsgebundene Systeme sinnvoll ergänzen, ohne jedoch konventionelle Feldbuskabel vollständig aus der Automatisierung verdrängen zu wollen.

* Dipl.-Ing. Michael Höing ist Mitarbeiter von Weidmüller Interface, Dipl.-Ing. Kai Helmig und Prof. Dr.-Ing. Uwe Meier, Fachhochschule Lippe und Höxter

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