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Post on 06-Mar-2018
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ZigBeeZigBeeZigBeeZigBeeTMTMTMTM ----ein ein ein ein Standard Standard Standard Standard kommtkommtkommtkommt
Beispielanwendungen aus Beispielanwendungen aus Beispielanwendungen aus Beispielanwendungen aus der Analysenmesstechnikder Analysenmesstechnikder Analysenmesstechnikder Analysenmesstechnik
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Drahtlose Meßwertübertragung
„Der Markt wächst stückzahlbezogen um 100 % / Jahr,das Wachstum wird sich ab 2008 verzehnfachen.“Bob Heile, Chairman ZigBee Alliance
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Grundvoraussetzungen für drahtlose Kommunikation in der Prozeßautomatisierung
� Offener Standard� Kostenlose Nutzung� Weltweit zugelassenes Frequenzband
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Funkstandards im Vergleich
MarkennameStandard
ZigBee TM
802.15.4GSM /GPRS Wi-Fi TM
802.11bBluetooth TM
802.15.1
Anwendung Steuern / Überwachen / Automatisieren
Weltweite Daten- und Sprach-
kommunikationWeb, Email, Video Kabelersatz
Protokollstack 10 - 32 KB 16 MB+ 1MB+ 250KB+
Übertragungsrate (KB/s)
20 - 250 64 - 128+ 11.000+ 720
Netzteilnehmer Über 65.000 1 32 7
Funkdistanz (m) 100+ 1.000+ 100 10+
Batterielebens-dauer (Tage)
100-1.000+ 1-7 0,5-5 1-7
VorteileZuverlässigkeit, Kosten,
geringer Energieverbrauch
Reichweite Schnelligkeit, Flexibilität Kosten, Bequemlichkeit
MarkennameStandard
ZigBee TM
802.15.4GSM /GPRS Wi-Fi TM
802.11bBluetooth TM
802.15.1
Anwendung Steuern / Überwachen / Automatisieren
Weltweite Daten- und Sprach-
kommunikationWeb, Email, Video Kabelersatz
Protokollstack 10 - 32 KB 16 MB+ 1MB+ 250KB+
Übertragungsrate (KB/s)
20 - 250 64 - 128+ 11.000+ 720
Netzteilnehmer Über 65.000 1 32 7
Funkdistanz (m) 100+ 1.000+ 100 10+
Batterielebens-dauer (Tage)
100-1.000+ 1-7 0,5-5 1-7
VorteileZuverlässigkeit, Kosten,
geringer Energieverbrauch
Reichweite Schnelligkeit, Flexibilität Kosten, Bequemlichkeit
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Warum ZigBee ?
� Geringer Energiebedarf� Eignung für den Einsatz in Ex-Zonen� Ideal für die Prozeßautomatisierung
� Topologie� schnell genug
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
� Ausgeprägte „Schlafphase“� Kurze Netzwerkaufnahmezeit � Kurze Aufwachzeit � Kurze Übertragungsdauer � Langer Spreizcode
� höhere Sicherheit � geringerer
Energiebedarf
Geringer Energiebedarf
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Topologien für die Prozeßautomatisierung
PAN personal area network
100 m
Stern
100 m
100 m
100 m
100
m
100 m
self healing network
Netz
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Zuverlässigkeit (safety)� Überprüfung vor dem Senden,
ob der Kanal frei ist� CRC Telegrammsicherung� Empfangsbestätigung der Pakete� Paketwiederholungen
Safe & Secure
Geschützte Daten (security)� 128 Bit AES (advanced
encryption standard) Verschlüsselung (NIST approved)
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Der Vorteil der Modultechnik
� Etabliertes Meßgerätekonzept� Kein neues Gerät oder Gehäuse� Vertraute Bedienung� Kein neues Ex-Konzept� Einfaches Nachrüstmodul für Funk� Weitere Moduloptionen bleiben
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ComFu® : Die Komponenten
ComFu ® C (Coordinator)
� Netzwerkkoordinator (FFD + PAN coordinator)
� Versorgung via Prozeßanalysengerät mit Digitalmodul
� Standard - Kabelverschraubung � Abgesetzte Bauform für optimale
Antennenposition� einfach nachrüstbar� Schutzart IP 65� Edelstahlgehäuse� Kann z.Zt. 2 x ComFu E bedienen
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ComFu® : Die Komponenten
ComFu ® E (End device)
� RFD� Funkmodul für den Sensoranschluß� Schutzart IP 65� Edelstahlgehäuse � Drehschalter für ON / OFF / HOLD
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ComFu® E: Praxisgerechte Bedienung vorort
rote und grüne LED� signalisieren Betriebszustand,
Batteriewechsel und Voralarm� Netzwerkanmeldung: blinkt grün im
Sekundentakt� Meßmodus normal: blinkt grün im
4-Sekundentakt� HOLD: blinkt rot im 4-Sekundentakt� keine Verbindung: blinkt langsam rot
(3 Sekunden)� Batteriewechsel erforderlich:
blinkt 2 x rot im 4-Sekundentakt
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ComFu® E: Die Energieversorgung
� Batterielebensdauer ca. 1 Jahr
ComFu ® E (End device)
� Standard-Batterien Mignon AA
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ComFu® E : Die Prozeßvarianten
� Kompaktversion
� Abgesetzte Version mit Standardverbindungkompatibel mit allen gängigen Armaturen
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Flexibel, modular und kompatibel
� Modulpatrone analog plus digitaler Speicher� pH, Redox, Oxy, LF
� Modulpatrone analog
� Modulpatrone digital®
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ComFu® : Technische Daten
Batterien: 8 x Mignon Typ AASpannungsversorgung: 2.8 V Stromverbrauch RX 28 mA
TX 42 mA Ausgangsleistung moduliert 0 dBmAusgangsleistung nominal 10 dBmEingangsempfindlichkeit -95 dBmDatenrate 250 kBit/s Frequenzbereich 2,4...2,485 GHz Nutzbare Kanalzahl 16Verschlüsselung AES 128 bitReichweite Freifeld: 400 m Antennentyp: Lambda/2, Dipol, omnidirektionalZigbee- Stack: TI (früher Chipcon)Explosionsschutz: II 2(1)GD EEx ia IIC T4 T80°C
II 3GD Eex nL IIC T4
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Open system network(Ethernet)
Profibus-Controller
Profibus DP
PA-Koppler/Link
Profibus PA
Profibus PA
Die Einbindung in offene Feldbusstrukturen
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Vor- und Nachteile von 2,4 GHz
Nachteile� Die Wellenlänge [λ] bei 2,4 GHz beträgt
λ = 300000/2,4 GHz = 12,5 cm� Gegenstände mit mechanischer Länge im Bereich
¼ λ, (z. B. Tannennadeln, Blätter, Metall) können erheblich stören (Absorption durch Resonanz)
� Reflexionen und Mehrwegeausbreitung stören
Vorteile� weltweite Zulassung � geringe Bauteile- und Antennenabmessungen
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Was sollte man über Antennen wissen ?
� Die Abstrahlung von der Antenne (Richtdiagramm)� ComFu arbeitet mit einem Koaxialdipol
(Länge λ/2 = 6,25 cm)� Der horizontale Abstrahlwinkel beträgt 360°
(Rundstrahler)� Der vertikale Abstrahlwinkel beträgt (Halbwert) 78°
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Freifeldmessungen
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 50 100 150 200 250 300
Entfernung (m)
Sig
nalp
egel
(%
)
Dr. Dirk Steinmüller 7.06
Bisherige Anwendungen in der Prozeßindustrie < 0,1 %
Schwer erreichbare Anlagen ohne Personal
Langsame Durchdringung
Entfernte AssetsDezentraler
Lagerbestand
Quelle: Emerson
Ungenutzte Diagnose
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Typische Anwendungen
� Umgehen existierender Barrieren Strassen, Flüsse, Umweltschutzzonen, Entfernte Tankfarmen, Versorgungseinrichtungen
� Schlecht zugängliche oder bewegte Meßstellen� Wasserqualität an Ufern, Hafenbecken und
Stränden: Schwimmbojen, Ausleger, Kanäle etc.
� zeitlich befristete Kontrollmessungen zur Anlagenoptimierung oder Emissionkontrolle
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Nutzen
� Nahtlose Integration in bestehende Anlagensysteme� Einsparung kostenintensiver Verdrahtung und
Baumaßnahmen, um existierende Barrieren zu umgehen� Prozeßgerechte Technologie
� Ex-tauglich� Topologie
� Offener Standard� Geräte unterschiedlicher Hersteller kombinierbar� Keine Limitierung durch Kabeleigenschaften am
Sensor� Einfaches Handling vorort durch vorkalibrierte Sensoren� Einfachste Installation durch Steckverbindungen
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Aber ...
Funkplanung ist in den meisten Fällen unumgänglich
� Erfassung örtlicher und elektrischer Umgebung� Störer einer Funkstrecke
� Anlagentopologie � Mehrwegeausbreitung und Reflexionen
(Addition oder Auslöschung der Funkwelle) Blitzeinwirkung
� Funkenentladungen� hohe Verbreitung des 2,4 GHz-Bandes (Wireless LAN)
� aufgrund der geringen Meßrate ist Koexistenz in der Regel gegeben
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