„Sicherheit ist ein Top-Thema beim Datenfunk“

Welche Anforderungen müssen Funknetze in der Industrie erfüllen?

Funkkommunikation wird heute meistens als Ergänzung zum Steuerungsnetzwerk genutzt, um einzelne bewegte oder mobile Stationen drahtlos zu integrieren. Bewegung bedeutet aber oft auch Gefahr. Die Unternehmen erwarten von Funklösungen daher nicht nur eine hohe Zuverlässigkeit und Datensicherheit, sondern sie wollen auch ihre Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllt wissen – Safety-Aspekte stehen von daher weit oben auf ihrer Wunschliste. Diesem Anspruch müssen Funksysteme gerecht werden – und das unabhängig davon, ob sie speziell für eine industrielle Anwendung entwickelt wurden oder auf Standardtechnologien wie WLAN 802.11 oder Bluetooth basieren.

Funktionsschutz setzt Datensicherheit voraus. Wie bewerten Sie die Risiken?

Zunächst einmal: Im Gegensatz zu einem geschlossenen Kabelnetzwerk wird bei der Wireless-Kommunikation ein öffentliches Übertragungsmedium genutzt, was sich nur schwer räumlich begrenzen lässt. So besteht ein hohes Risikopotenzial, dass unberechtigt ins Netzwerk eingedrungen wird und Manipulationen am Safety-System stattfinden.

Was kann getan werden, um dieses Risiko zu minimieren?

Um WLAN oder Bluetooth für die Profisafe-Kommunikation nutzen zu dürfen, müssen strenge Sicherheitsmaßnahmen eingehalten werden. Hierzu zählt im Wesentlichen die wirkungsvolle Verschlüsselung der Datenübertragung, aber auch der Schutz der Wireless-Geräte vor unbefugter Änderung der Konfiguration. So darf ihre Konfiguration nur über ein kennwortgeschütztes und verschlüsseltes Web-Interface aus dem Wired-Netzwerk erfolgen. Auf diese Weise soll verhindert werden, dass die Sicherheitseinstellungen am Funkmodul versehentlich oder unberechtigt abgeschaltet werden und somit jeder Zugang zum Netzwerk erhält. Die einzuhaltenden Anforderungen sind von der Profibus-Nutzer-Organisation für WLAN und Bluetooth im Profisafe-Profil, Version 2.4, spezifiziert worden.

Ob Sabotage oder technische Probleme: Anlagenausfall kommt Unternehmen teuer zu stehen. Wie sieht es mit der Verfügbarkeit von Wireless-Systemen aus?

Nur eine hundertprozentige Verfügbarkeit macht einen sinnvollen Betrieb möglich und ist für die Anwenderakzeptanz entscheidend. Die Verfügbarkeit ist dabei direkt abhängig von der Fehlerrate des Funkkanals. Daher muss dieser extrem robust und zuverlässig auch in rauer, industrieller Umgebung funktionieren. Als eine äußerst robuste und zuverlässige Funktechnologie hat sich Bluetooth in der industriellen Automatisierung etabliert.

Was sollten Unternehmen beim Aufbau eines Wireless-Systems beachten?

Nicht allein die eingesetzte Funktechnologie entscheidet über eine leistungsfähige Kommunikation. Die fachgerechte Planung und Kommunikation ist fast genauso wichtig. So ist der Einsatz einer guten und für die Anwendung passenden Antenne an einer funktechnisch günstigen Position eine wichtige Voraussetzung. Dabei sollte aufgrund der hohen Verluste und der Empfindlichkeit das Antennenkabel zwischen dem Wireless-Modul und der Antenne so kurz wie möglich gehalten werden. Diese Anforderung wird in der Praxis häufig vernachlässigt.

Worauf kommt es bei der Installation noch an?

Bei der Auswahl einer passenden Antenne ist zu berücksichtigen, dass das industrielle Umfeld von reflektierenden Metallflächen geprägt ist. Um einen guten Empfang zu haben, müssen Sende- und Empfangsantenne die gleiche Polarisation, also Ausrichtung haben. Einfache Rundstrahl-Antennen strahlen die Funkwelle polarisiert in einer festen, meist horizontalen oder vertikalen Ebene ab. Sind die Ausrichtungsebenen der beiden Antennen dann gegeneinander gedreht, treten erhebliche Signalverluste auf, denn die Polarisation ändert sich bei jeder Reflexion der Funkwelle an einer Metallfläche.

Wie kann hier Abhilfe geschaffen werden?

Um eine störende Schwankung der Signalstärke am Empfänger zu vermeiden, bietet sich der Einsatz einer zirkular polarisierten Antenne an. Sie sendet und empfängt eine 360 Grad drehende Funkwelle und ist somit unabhängig von der Ausrichtung der Funkwelle. Die zirkular polarisierte Antenne empfängt ein gutes Signal, unabhängig von der Polarisationsebene, so dass selbst bei schwierigen Umgebungsbedingungen in „verschmutzten“ Industrieumgebungen mit starken Reflexionen eine stabile Verbindung möglich ist.

Können Sie eine optimale Lösung beschreiben?

Am besten ist es, wenn das Funkmodul und die Antenne eine Einheit bilden und direkt im Feld an der funktechnisch optimalen Position montiert werden können. Anstelle des empfindlichen und stark leistungsreduzierenden Antennenkabels muss nur eine relativ unempfindliche Ethernet- oder Energieversorgungsleitung montiert werden. Dies setzt allerdings ein besonders robustes Gerätedesign des Wireless-Moduls voraus. Unser ‚Factory line Bluetooth Ethernet Port Adapter` folgt diesem Ansatz und wurde als aktive Antenne realisiert. Aktive Antenne ist dabei die bildhafte Umschreibung für die Zusammenfassung von Funkmodul, Elektronik und Antenne in einem antennenähnlichen Wireless-Adapter.

Haben Sie Beispiel aus der Praxis parat?

In Blomberg bei Phoenix Contact wurde vor anderthalb Jahren das automatisierte Logistikzentrum erweitert. Als Steuerungsnetzwerk kam Profinet zum Einsatz. Die Profinet-Kommunikation zu den Regalförderfahrzeugen in den acht tiefen Regaltrassen wurde dabei über je eine eigene Punkt-zu-Punkt-Richtfunkstrecke realisiert. Bluetooth kam zum Einsatz, weil es im Vergleich zu alternativen Übertragungssystemen deutlich preiswerter war und zudem wartungsfrei ist. Auch lassen sich über die Verbindung Logistikdaten für das SAP-System übertragen. Darüber hinaus können die acht unabhängigen Funkstrecken relativ dicht nebeneinander betrieben werden und das WLAN-System für die Kommissionierung bleibt ungestört.

Werner Möller werner.moeller@konradin.de

Funktechnologien spielen eine bedeutende Rolle in industriellen Systemen. Doch ein System für alles gibt es nicht. Über GSM/GPRS lassen sich kostengünstige WAN aufbauen, über WLAN Automatisierungsdaten schnell und zyklisch austauschen. Zegbee oder Wireless HART sind für die Prozessindustrie konzipiert. Weitere Felder finden sich in der Gebäudeautomation, im Smart Meetering, bei Sensoren in der Abwassertechnik und in der Verkehrsleittechnik.