Funk-Kommunikation

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Energieeffizienz - Als energieintensiver Betrieb hat die NSG Group im Gladbecker Werk ein Energiemanagement-System eingeführt. Das Radioline-System von Phoenix Contact überträgt die erfassten Zählerdaten nun per Funk und hilft, Kosten zu sparen.

06. September 2017
Die Energiemessgeräte sind per Zweidrahtleitung an die RS485-Schnittstelle der Radioline-Module angeschlossen. Quelle: Phoenix Contact
Bild 1: Funk-Kommunikation (Die Energiemessgeräte sind per Zweidrahtleitung an die RS485-Schnittstelle der Radioline-Module angeschlossen. Quelle: Phoenix Contact)

Die NSG Group stellt Glasprodukte für die Automobilindustrie und das Baugewerbe her. Eine von mehreren deutschen Produktionsstätten ist das Werk in Gladbeck, das 1972 von der Flachglas AG gebaut wurde. 1980 übernahm der englische Glashersteller Pilkington die Mehrheit an der AG. Seit 2006 gehört Pilkington zur japanischen NSG Group, einem der international führenden Glashersteller.

In Gladbeck werden an zwei Produktionslinien im Floatglasverfahren Flachglas sowie im Offline-Beschichtungsverfahren hochwertige Wärmedämm- und Sonnenschutzgläser hergestellt. Das Glasgemenge setzt sich aus verschiedenen Rohstoffen zusammen. Mit rund 60 Prozent stellt der in der Natur nahezu unbegrenzt vorkommende Quarzsand den Hauptbestandteil dar. Ebenso wie die anderen Rohstoffe wird er im sogenannten Gemengehaus in Silos gelagert. Von dort gelangen sie in einen Mischer, der sie zu einem Gemenge verarbeitet.

Bevor das Gemenge über Transportbänder zur Schmelzwanne gefördert wird, überprüfen es die Mitarbeiter im Werkslabor auf Reinheit. In der Schmelzwanne wird das Gemenge auf 1.600°C erhitzt. Nachdem zahlreiche weitere Stationen durchlaufen worden sind, kommen die 6 Meter langen und 3,21 Meter breiten Glastafeln schließlich in der Auslaufzone an. Sofern sie nicht direkt an die Kunden ausgeliefert werden, werden sie eingelagert und später an fast alle europäischen Standorte der Gruppe verschickt.

Installation neuer Zähler

Im Jahr 2013 hat die NSG Group in Gladbeck eine Lösung zur effizienten und transparenten Auswertung der Verbrauchsdaten eingeführt. Zwecks Erfassung der relevanten Werte sind dazu mehr als 70 neue Stromzähler installiert worden. Einige der in den Fertigungshallen verbauten Modbus-basierten Geräte konnten über das vorhandene Prozessleitsystem eingebunden werden.

»Als größere Herausforderung haben sich die auf dem weitläufigen Unternehmensgelände befindlichen Zähler erwiesen«, berichtet Björn Niemann, als Leiter Technische Dienste bei der NSG Group im Werk Gladbeck tätig. »Aufgrund der großen Entfernungen war es uns nicht möglich, die Zähler per Kabel in das Energiemanagement-System zu integrieren. Der Aufwand wäre immens gewesen und hätte die Kosten deutlich erhöht.«

Deshalb hatten Niemann und der für die Projektplanung zuständige Kollege Manuel Romberg die Idee, die Zähler per Funk zu vernetzen. »Und da wurden wir mit der nächsten Herausforderung konfrontiert«, erzählt Romberg. »Denn normalerweise benötigen Funksysteme eine Sichtverbindung, damit sie zuverlässig funktionieren. Das ist bei keinem der Zähler der Fall. Vielmehr müssen mehrere im Weg stehende Gebäude und Wände überwunden werden.«

Mit diesen Rahmenbedingungen wurden Niemann und Romberg auf die Funklösung von Phoenix Contact aufmerksam und baten um technische Unterstützung. Wegen der anspruchsvollen Umgebungsbedingungen reiste der Funkspezialist Stefan auf dem Graben mit entsprechendem Equipment an, um die Funkstrecke im Vorfeld zu testen.

Bereits nach einer Stunde war klar, dass sämtliche Messstellen per Funk erreicht werden können. »Uns hat die schnelle und kompetente Hilfestellung begeistert«, erklärt Björn Niemann. »Wir konnten kaum glauben, dass das Radioline-System die Energiedaten selbst durch mehrere Hallen, Wände und andere Hindernisse weiterleiten kann.«

Energieflüsse analysieren

Die Energiemessgeräte sind per Zweidrahtleitung an die RS485-Schnittstelle der Radioline-Module angeschlossen. Das Funksystem überträgt das Modbus-Protokoll dann an die Leitzentrale. Durch die Erfassung des Energiekonsums lassen sich die Energieflüsse im Gladbecker NSG-Werk jetzt genauestens analysieren. Aufgrund des umfangreichen Energiemanagements reduziert sich der dortige Energieverbrauch, was einen positiven Beitrag zum Umweltschutz leistet.

Mit der flexibel nutzbaren Funklösung können neben seriellen Daten I/O-Signale lizenzfrei, somit ohne Folgekosten, kommuniziert werden. Die auf der Grundlage der robusten Technologie Trusted Wireless 2.0 funkenden Module sind speziell für den Signalaustausch über große Entfernungen entwickelt worden. Bei freier Sicht lassen sich Distanzen von mehreren hundert Metern bis zu 20 Kilometern zwischen zwei Funkteilnehmern überbrücken.

Das Gladbecker NSG-Werk verwendet die im 868-MHz-Bereich arbeitenden Radioline-Module. Außerdem stehen Gerätevarianten für das 900-MHz- und 2,4-GHz-Frequenzband zur Verfügung, die sich ebenfalls durch hohe Robustheit und Zuverlässigkeit auszeichnen. Zur Überwindung großer Entfernungen kann die Datenrate der Funkschnittstelle individuell festgelegt und so die Empfängerempfindlichkeit erhöht werden.

Bei einer niedrigen Datenrate lässt sich eine wesentlich größere Reichweite überbrücken als bei einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit. Der Anwender passt die Geräte also optimal an die jeweilige Applikation an. Trusted Wireless 2.0 überzeugt zudem durch gute Diagnosemöglichkeiten sowie die Koexistenz zu anderen, im gleichen Frequenzband funkenden Systemen. Das Radioline-System, das sich an den besonderen Bedürfnissen industrieller Anwendungen orientiert, basiert auf Trusted Wireless 2.0. Die proprietäre Funktechnologie schließt die Lücke zwischen Wireless-Hart als Lösung für Sensornetzwerke in der Prozesstechnik sowie den in der Fabrikautomation etablierten Wireless-Standards Bluetooth und WLAN.

Je nach Applikationsanforderung werden verschiedene Einstelloptionen angeboten. Von der einfachen Punkt-zu-Punkt-Verbindung bis zu selbstheilenden Mesh-Netzwerken lassen sich beliebige Netzwerkstrukturen aufbauen, um neben der I/O-Kommunikation und dem seriellen Kabelersatz auch eine direkte Integration von I/O-Modulen in eine Modbus-RTU-Steuerung zu realisieren.

Im laufenden Betrieb installierbar

Als eine der neusten Entwicklungen umfasst das Portfolio von Phoenix Contact das Radioline-System, ein Funkmodul und derzeit sieben unterschiedliche anreihbare I/O-Module. Die einzelnen I/O-Stationen können um bis zu 32 I/O-Module erweitert werden, die im laufenden Betrieb installier- oder auswechselbar sind. Ergänzend zur Hot-Swap-Fähigkeit verfügen die Wireless-Komponenten über eine hochwertige galvanische Kanal-zu-Kanal-Trennung.

Aufgrund der positiven Erfahrungen mit dem Radioline-System wurde im Sommer 2016 eine schwer zugängliche Abwasser-Pumpstation ebenfalls per Funk an das Leitsystem angekoppelt. Sie befindet sich in rund 500 Metern Entfernung mitten in einem Wäldchen. In der Vergangenheit war die Pumpstation per Kabel mit der Leitzentrale verbunden. Im Laufe der Zeit verschlechterte sich der Zustand der Leitung jedoch merklich, sodass die Signale nicht mehr weitergeleitet wurden. Jetzt funken die Radioline-Module Zustandsmeldungen der Pumpe zuverlässig an die Leitzentrale. Dazu lassen sich die Geräte um I/O-Module für die Übermittlung von Sensor-/Aktor-Informationen ausbauen.

Erschienen in Ausgabe: 02/2017

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