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Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem und ein Übertragungsverfahren zur drahtlosen Übertragung von Signalen in einer Automatisierungsanlage sowie eine Automatisierungsanlage mit einem solchem Übertragungssystem.
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In der Automatisierungstechnik sind herkömmlicherweise Übertragungsverfahren im Einsatz, die auf drahtgebundener Technik basieren. Bei dieser Technik verbindet beispielsweise ein Feldbus in einer Automatisierungsanlage Feldgeräte, wie Messfühler bzw. Sensoren und Stellglieder bzw. Aktoren zur Kommunikation mit einem Steuerungsgerät. Zumeist sind eine Vielzahl an Sensoren und Aktoren vorhanden und die Sensoren und Aktoren senden ihre Signale alle über denselben Feldbus, das heißt dieselbe Leitung. Um Kollisionen zwischen den Signalen zu vermeiden, muss festgelegt sein, wer (Kennung), was (Messwert, Befehl) und wann (Initiative) sendet. Hierfür gibt es normierte Protokolle, die für Feldbusse in der Norm IEC 61158 (”Digital data communication for measurement and control – Fieldbus for use in industrial control systems”) weltweit standardisiert sind.
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Derzeit werden von einigen Herstellern auch mehr und mehr drahtlose Übertragungssysteme angeboten, um die Flexibilität bzw. Praktikabilität von Automatisierungssystemen zu erhöhen und/oder die Kosten zu senken. Hierbei wird neben einer Unterstützung einer großen Anzahl von Knoten, der Gewährleistung einer Störungsunempfindlichkeit bei einer akzeptablen Reichweite, der Bereitstellung von hohen Datenraten, geringen Kosten, einer Hotplug-Fähigkeit und einem geringen Antennenaufwand auch die Eigenschaft der Echtzeitfähigkeit (Synchronität/Gleichzeitigkeit, Verzögerung, Jitter) gefordert.
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Bekannte Lösungen für die drahtlose Übertragung von Signalen in der Automatisierungstechnik, beispielsweise basierend auf Wireless LAN (IEEE 802.11), nutzen zur Übertragung der Signale bzw. als Multiplex-Technik in der Regel verschiedene Zeitmultiplex-Verfahren (TDMA). Bei dem Zeitmultiplex-Verfahren (TDMA) findet entweder ein so genanntes Zeitscheiben-Schema, das in 4 dargestellt ist, oder ein Arbitrierungsverfahren Verwendung. Andere Systeme basieren z. B. auf Bluetooth (802.15.1); hier wird zwar für den Medienzugriff Frequency Hopping (FH) verwendet; allerdings senden hier die Knoten eines Netzwerks ebenfalls sequentiell, so dass auch hier von einem Zeitmultiplex gesprochen werden kann. Gelegentlich wird auch TDMA in Kombination mit einem Frequenzmultiplex verwendet, etwa wenn mehrere Frequenzkanäle gleichzeitig genutzt werden können. Auf den einzelnen Kanälen kommen dann wiederum die TDMA-Verfahren zum Einsatz.
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Bei dem Zeitscheiben-Schema werden, wie in 4 dargestellt, Signale jeweils mit festen Zykluszeiten T übertragen. Hierbei steht jedem von vielzähligen Netzknoten 1, 2, usw. in einem Automatisierungssystem innerhalb jeder der festen Zykluszeiten T eine (ggf. auch einige) von mehreren vorbestimmten festen Zeitscheiben T1, T2 usw. zu, in welcher der Netzknoten Signale übertragen kann. Das heißt, bei dem Beispiel in 4 kann zuerst nur der Netzknoten 1 in der Zeitscheibe T1 Signale übertragen, danach kann nur der Netzknoten 2 in der Zeitscheibe T2 Signale übertragen, anschließend kann nur der Netzknoten 3 in der Zeitscheibe T3 Signale übertragen, und dann kann nur der Netzknoten 4 in der Zeitscheibe T4 Signale übertragen. Findet nun bei einem Zeitpunkt t1, der in der Zeitscheibe T2 des Netzknotens 2 liegt, die zeitlich später als die für den Netzknoten 1 zugewiesene Zeitscheibe T1 in einer Zykluszeit T liegt, ein durch einen gezackten Pfeil dargestelltes Ereignis statt, hat der Netzknoten 1 erst zu Beginn der nächsten Zykluszeit T wieder die Möglichkeit das dem Ereignis zugehörige Signal zu senden. Genauer gesagt, der Netzknoten benötigt eine Antwortzeit t2 = T – t1, bis er das Ereignis übertragen kann.
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Daher können bei dem Zeitscheiben-Schema zwar Signalkollisionen beim Zugriff auf einen von den Netzknoten erreichbaren Übertragungskanal zuverlässig vermieden werden, jedoch entstehen beim Zeitscheiben-Schema vergleichsweise hohe Antwortzeiten.
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Beim Arbitrierungsverfahren entscheiden die einzelnen Netzknoten dezentral über den Zugriff auf den Übertragungskanal. Signalkollisionen können häufig etwa durch Zuteilung von verschieden hohen Prioritäten beim Zugriff auf einen Übertragungskanal vermieden werden, jedoch nicht in allen Fällen. Hierdurch können jedoch auch sehr hohe Antwortzeiten für einzelne Ereignisse entstehen, z. B. wenn ihnen gegenüber anderen Ereignissen eine geringere Priorität zugeordnet wurde und sie dadurch zeitverzögert gesendet werden, oder aber eine Kollision aufgelöst werden muss.
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Als Ergebnis davon haben sowohl das Zeitscheiben-Schema als auch das Arbitrierungsverfahren eine geringe Echtzeitfähigkeit. Aufgrund dessen können sowohl das Zeitscheiben-Schema als auch das Arbitrierungsverfahren bei vielen Anwendungen der Automatisierungstechnik sogar gar nicht eingesetzt werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Übertragungssystem und ein Übertragungsverfahren zur drahtlosen Übertragung von Signalen in einer Automatisierungsanlage sowie eine Automatisierungsanlage mit einem solchem Übertragungssystem zur Verfügung zu stellen, bei welchen die Antwortzeiten der drahtlosen Übertragung bei gleichzeitig geringer Fehlerquote deutlich verbessert sind und somit die Echtzeitfähigkeit in der Automatisierungsanlage gewährleistet ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Übertragungssystem nach Patentanspruch 1 gelöst, welches zur drahtlosen Übertragung von Signalen zwischen mehreren Elementen einer Automatisierungsanlage dient und mehrere Netzknoten umfasst, an welche jeweils ein Element der mehreren Elemente der Automatisierungsanlage angeschlossen ist. Hierbei ist jedem Netzknoten ein separater, kontinuierlich nutzbarer logischer Kanal zugewiesen, über welchen Signale drahtlos übertragbar sind.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Übertragungssystems sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorzugsweise können die separaten, kontinuierlich nutzbaren logischen Kanäle über ein Codemultiplexverfahren zur Verfügung gestellt sein.
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Beispielsweise können die separaten, kontinuierlich nutzbaren logischen Kanäle zur Verfügung gestellt sein, indem den Netzknoten bei (DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum))-CDMA (Code Division Multiple Access) verschiedene Faltungssequenzen zugewiesen sind.
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Die separaten, kontinuierlich nutzbaren logischen Kanäle können auch zur Verfügung gestellt sein, indem verschiedene Sprungsequenzen bei (FH (Frequency Hopping))-CDMA zur Verfügung gestellt sind.
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Es ist auch möglich, dass die separaten, kontinuierlich nutzbaren logischen Kanäle als Teilmenge von Einzelträgern zur Verfügung gestellt sind, indem OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)-Verfahren genutzt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn das Übertragungssystem zudem eine Datenrate-Einstelleinrichtung zur Einstellung der verfügbaren Datenrate der einzelnen logischen Kanäle je nach aktuellem Bedarf hat.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Übertragungssystem zudem eine Fehlerkorrektureinrichtung zur Ausführung eines Vorwärtsfehlerschutzverfahrens zur Reduktion von Übertragungsfehlern hat.
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Die Aufgabe wird zudem durch eine Automatisierungsanlage nach Patentanspruch 8 gelöst, welche zur Automatisierung eines technischen Prozesses dient und eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Ablaufs des technischen Prozesses mittels mindestens einer Antriebseinrichtung und ein Übertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Übertragungsverfahren nach Patentanspruch 9 gelöst. Das Übertragungsverfahren dient zur drahtlosen Übertragung von Signalen zwischen mehreren Elementen einer Automatisierungsanlage und umfasst den Schritt des drahtlosen Übertragens der Signale mittels mehreren Netzknoten, an welche jeweils ein Element der mehreren Elemente der Automatisierungsanlage angeschlossen ist, wobei jedem Netzknoten ein separater, kontinuierlich nutzbarer logischer Kanal zugewiesen ist, über welchen Signale drahtlos übertragen werden.
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Mit dem zuvor beschriebenen Übertragungssystem und dem Übertragungsverfahren zur drahtlosen Übertragung von Signalen in Automatisierungsanlagen sowie einer ein solches Übertragungssystem aufweisenden Automatisierungsanlage kann eine deutliche Verbesserung der Antwortzeiten bei der Übertragung der Signale und damit der Echtzeitfähigkeit gegenüber bisherigen drahtlosen Übertragungsverfahren in der Automatisierungstechnik erzielt werden. Es wird eine echte Gleichzeitigkeit bei der Übertragung möglich. Zudem kann die Fehlerquote durch Vorwärtsfehlerschutzverfahren sehr gering gehalten werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild einer Automatisierungsanlage mit einem Übertragungssystem zur drahtlosen Übertragung von Signalen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Diagramm, welches die Antwortzeit bei einem Übertragungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 ein Diagramm, welches das Prinzip der Ausführung einer drahtlosen Übertragung von Signalen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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4 ein Diagramm, welches die Antwortzeit bei einer Automatisierungsanlage gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Automatisierungsanlage 1 mit einer Steuereinrichtung 10, einer ersten und zweiten Antriebseinrichtung 20, 30, Übertragungseinrichtungen bzw. Netzknoten 11, 21, 31, Antennen 11a, 21a, 31a, einer Datenrate-Einstelleinrichtung 40, und einer Fehlerkorrektureinrichtung 50. Die Übertragungseinrichtungen bzw. Netzknoten 11, 21, 31 sind in 1 schematisch mittels einer Baugruppe dargestellt. Diese Darstellungsform schließt jedoch nicht aus, dass die in 1 gezeigten Baugruppen neben der Funktion zur Kommunikation durch die Übertragungseinrichtungen bzw. Netzknoten 11, 21, 31 auch verschiedenste andere Funktionen zur Steuerung von beispielsweise Motoren usw. aufweisen können.
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Eine Automatisierungsanlage 1 ist eine Anlage, in welcher technische Prozesse, beispielsweise die Fertigung eines Produkts, automatisiert ablaufen. Die Automatisierungsanlage 1 kann beispielsweise eine CNC-Drehmaschine, eine Fahrzeugfertigungsstraße, eine Anlage zur Erzeugung chemischer Stoffe usw. sein.
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Unter der ersten und zweiten Antriebseinrichtung 20, 30 sind neben beispielsweise einem Elektromotor auch Elemente der Automatisierungsanlage 1 zu verstehen, wie Sensoren zum Erfassen von Messsignalen, wie beispielsweise der Stellung von Teilen der Antriebseinrichtung oder der Temperatur von Teilen der Automatisierungsanlage usw., oder Stellglieder zum Einstellen von bestimmten Stellungen der Antriebseinrichtungen 20, 30 usw. Zudem ist auch die Steuereinrichtung 10 ein Element der Automatisierungsanlage 1.
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Die Datenrate-Einstelleinrichtung 40 dient zur Einstellung der verfügbaren Datenrate, wie später noch ausführlicher beschrieben. Diese Einrichtung wird meist, jedoch nicht notwendigerweise, in der Steuerungseinrichtung 10 integriert. Die Fehlerkorrektureinrichtung 50 dient zur Reduktion von Übertragungsfehlern bei der drahtlosen Übertragung von Signalen. Diese Korrektureinrichtung wird in allen Netzknoten implementiert.
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In 1 hat die Steuereinrichtung 10 eine Übertragungseinrichtung 11 zur drahtlosen Übertragung von Signalen an die Antriebseinrichtungen 20, 30. Hierzu verfügt die Antriebseinrichtung 20 über eine Übertragungseinrichtung 21 zur drahtlosen Übertragung von Signalen an die Steuereinrichtung 10 und/oder die Antriebseinrichtung 30 bzw. deren Übertragungseinrichtungen 11, 31. Die Antriebseinrichtung 30 hat eine Übertragungseinrichtung 31 zur drahtlosen Übertragung von Signalen an die Steuereinrichtung 10 und/oder die Antriebseinrichtung 20 bzw. deren Übertragungseinrichtungen 11, 21. Das heißt, die von der Übertragungseinrichtung 11 der Steuereinrichtung 10 gesendeten Signale können von den Übertragungseinrichtungen 21, 31 der Antriebseinrichtungen 20, 30 empfangen werden, und die von den Übertragungseinrichtungen 21, 31 der Antriebseinrichtungen 20, 30 gesendeten Signale können von der Übertragungseinrichtung 11 der Steuereinrichtung 10 und den Übertragungseinrichtungen der jeweils anderen Antriebseinrichtung empfangen werden. Die Übertragungseinrichtungen 11, 21, 31 umfassen zur Übertragung jeweils eine Antenne 11a, 21a, 31a, die zum Beispiel wie in 1 oben an den jeweiligen Übertragungseinrichtungen 11, 21, 31 angeordnet, oder aber auch abgesetzt und über Anschlusskabel verbunden werden können.
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Die Übertragungseinrichtungen 11, 21, 31 bilden ein Übertragungssystem zur drahtlosen Übertragung von Signalen in der Automatisierungsanlage. Die Signale sind beispielsweise Datensignale, so dass im Folgenden auch teilweise statt des Ausdrucks „Übertragung von Signalen” auch der Ausdruck „Übertragung von Daten” Verwendung findet.
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Die Übertragungseinrichtungen 11, 21, 31 sind genauer Netzknoten des Übertragungssystems und übertragen die Signale mit Hilfe des Codemultiplexverfahrens (CDMA = Code Division Multiple Access) bei welchem die gleichzeitige Übertragung verschiedener Signalströme auf einem gemeinsamen Frequenzbereich ermöglicht wird. Hierbei hat der gemeinsam genutzte Frequenzbereich eine größere Bandbreite als sie der Nutzdatenstrom des Signals eines Netzknotens belegt. Hierzu muss ein schmalbandiges Signal in ein Signal mit einer größeren Bandbreite als für die Informationsübertragung nötig umgewandelt werden, was Frequenzspreizung genannt wird. Zur Frequenzspreizung und zur Unterscheidung der verschiedenen parallel übertragenen Datenströme auf dem gemeinsam genutzten Frequenzband werden spezielle Spreizcodes eingesetzt. Die Spreizcodes bzw. die Spreizcodefolgen haben zusätzlich bestimmte Eigenschaften wie Orthogonalität (Unabhängigkeit der Komponenten zusammengesetzter Signale voneinander) und basieren in bestimmten Anwendungen auf Pseudozufall (etwas welches zufällig erscheint, in Wirklichkeit jedoch berechenbar ist). Dadurch können auf der Seite des Empfängers durch Korrelation mit der Spreizcodefolge die ursprünglichen Nutzdatenströme voneinander getrennt gewonnen werden. Gegenüber den klassischen Multiplexverfahren, wie dem Frequenzmultiplex und dem zuvor beschriebenen Zeitmultiplex, erfolgt bei dem Codemultiplex eine Überlagerung sowohl im Frequenzbereich als auch im Zeitbereich der einzelnen Datenströme. Somit sendet in diesem Ausführungsbeispiel die Übertragungseinrichtung 11 ein CDMA-Signal mit dem Code 1, die Übertragungseinrichtung 21 sendet ein CDMA-Signal mit dem Code 2 und die 1, Übertragungseinrichtung 21 sendet ein CDMA-Signal mit dem Code 3, wie aus 1 ersichtlich.
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Genauer gesagt, jede der Übertragungseinrichtungen 11, 21, 31 bildet einen Netzknoten, welchem ein separater, kontinuierlich nutzbarer logischer Kanal zugewiesen ist. Dies ist in 2 angegeben, in welchem der Übertragungseinrichtung 11 bzw. einem ersten Netzknoten 11 nur ein Teil D1 der gesamten verfügbaren Gesamtdatenrate Dges zugewiesen ist, der erste Netzknoten 11 diesen Teil D1 jedoch über die gesamte Zeitachse, also kontinuierlich, nutzen kann. Den anderen Übertragungseinrichtungen 21, 31 bzw. dem zweiten und dritten Netzknoten 21, 31 und einem in 1 nicht dargestellten vierten Netzknoten sind jeweils die Teile D2, D3, und D4 der gesamten verfügbaren Gesamtdatenrate Dges zugewiesen. Das heißt, dass der Teil D1 dem jeweiligen separaten, kontinuierlich nutzbaren logischen Kanal des Netzknotens 11 entspricht usw.
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Jeder Netzknoten 11, 21, 31 sendet bzw. überträgt Signale mit einem anderen CDMA-Code (1, 2, 3) als die jeweils anderen Netzknoten. Dadurch werden von einem Netzknoten die Signale aller anderen Netzknoten empfangen, und es kann auch eine logische Ringstruktur implementiert werden.
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Tritt bei einer solchen Konfiguration ein Ereignis bei Netzknoten 21 zu der Zeit t1 in 2 auf, kann der Netzknoten 21 das Ereignis sofort drahtlos an die Steuereinrichtung 10 übertragen. Theoretisch gibt es hierbei keine Beschränkungen für die Reaktionszeit, auch wenn es praktisch gewisse Beschränkungen der Reaktionszeit gibt. Diese sind jedoch wesentlich geringer als bei den bisher bekannten Übertragungssystemen zur drahtlosen Übertragung von Signalen in Automatisierungsanlagen.
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Aufgrund dieser Konfiguration der Übertragungseinrichtungen bzw. Netzknoten 11, 21, 31 kann die Zykluszeit der Übertragung von Signalen unabhängig vom Medienzugriff bzw. Zugriff auf die Netzknoten 11, 21, 31 definiert werden.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsvariante dieses Ausführungsbeispiels können die Separaten, kontinuierlich nutzbaren logischen Kanäle D1, D2, D3 der Netzknoten 11, 21, 31 durch Zuweisung von verschiedenen CDMA-Codes, auch Faltungssequenzen genannt, zu den Netzknoten 11, 21, 31 beim DSSS-CDMA-Verfahren (DSSS = Direct Sequence Spread Spectrum) zur Verfügung gestellt werden. Das DSSS-CDMA ist ein asynchrones CDMA-Verfahren bei welchem das Ausgangssignal mittels einer vorgegebenen Bitfolge gespreizt wird, die auch Spreizcode oder Chipping-Sequenz genannt wird. Bei diesem Verfahren werden die Nutzdaten in direkter Folge (direct sequence) per Exklusiv-Oder (XOR) mit einem Spreizcode verknüpft und anschließend auf einen Träger aufmoduliert. Bei DSSS steht dabei die Bandspreizung gegenüber dem Codemultiplexverfahren und der Mehrfachnutzung im Vordergrund. Durch die Spreizung ist eine größere Bandbreite zur Übertragung notwendig. Gleichzeitig reduziert sich auch die Energiedichte im Spektrum, so dass andere Signale weniger gestört werden. Der Nutzdatenstrom kann beim Empfänger nur durch Verwendung der richtigen Chip-Sequenz wieder rekonstruiert werden.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsvariante dieses Ausführungsbeispiels können die separaten, kontinuierlich nutzbaren logischen Kanäle D1, D2, D3 der Netzknoten 11, 21, 31 durch Zuweisung von verschiedenen Sprungsequenzen zu den Netzknoten 11, 21, 31 beim Frequenzsprungverfahren (FHSS) bzw. FH-CDMA-Verfahren (FH = Frequency Hopping) zur Verfügung gestellt werden. Bei dem Frequenzsprungverfahren wird die zu übertragende Information nacheinander auf viele separate Kanäle verteilt. Hierbei wird zu einem bestimmten Zeitpunkt immer nur ein Frequenzkanal genutzt. Dadurch ergibt sich, obwohl jeder Kanal eine kleinere Bandbreite besitzt, für das Gesamtsignal eine größere Bandbreite. Der Empfänger muss synchron mit dem Sender dieselben Kanäle anspringen. Der Unterschied von FHSS zum klassischen Frequenzmultiplex besteht darin, dass beim Frequenzsprungverfahren die Kanalbelegung sequentiell erfolgt, wohingegen beim klassischen Frequenzmultiplex die Signalanteile in den Einzelkanälen gleichzeitig vorhanden sind.
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Das heißt, bei der Übertragung von Signalen sind bei allen Ausführungsvarianten dieses Ausführungsbeispiels sehr geringe Antwortzeiten auf Ereignisse möglich, so dass die Echtzeitfähigkeit bei der Übertragung von Signalen deutlich verbessert ist. Zudem besteht eine hohe Störunanfälligkeit der Signalübertragung durch die Breitbandigkeit des CDMA-Verfahrens. Darüber ist eine hohe Anzahl von Teilnehmern möglich, unter denen die Datenraten außerdem flexibel verteilt werden können.
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Es ist vorteilhaft, wenn eine verfügbare Datenrate der den Netzknoten 11, 21, 31 jeweils zugewiesenen einzelnen logischen Kanäle D1, D2, D3 je nach aktuellem Übertragungsbedarf der einzelnen Netzknoten 11, 21, 31 variiert werden kann. Hierzu kann das Übertragungssystem 11, 21, 31 die Datenrate-Einstelleinrichtung 40 aufweisen zur Einstellung der verfügbaren Datenrate der einzelnen logischen Kanäle D1, D2, D3 je nach aktuellem Bedarf. Dadurch wird das Übertragungssystem in Hinblick auf wechselnde Übertragungsanforderungen der einzelnen Netzknoten 11, 21, 31 flexibler, so dass zusätzlich zu der Antwortzeit auf bestimmte Ereignisse an den Netzknoten 11, 21, 31 auch die Übertragungszeit für solche Ereignisse so gering wie möglich gehalten wird. Dies hat einen Effizienzgewinn zur Folge und außerdem kann dadurch die Echtzeitfähigkeit des Übertragungssystems weiter gesteigert werden.
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Zur Reduktion von Übertragungsfehlern in dem Übertragungssystem der vorangehenden Ausführungsbeispiele kann ein Vorwärtsfehlerschutzverfahren zum Einsatz kommen. Hierzu kann das Übertragungssystem die Fehlerkorrektureinrichtung 50 aufweisen, welche das Vorwärtsfehlerschutzverfahren ausführt. Hierbei bewirkt die Fehlerkorrektureinrichtung 50, dass der einzelne Netzknoten 11, 21, 31 die zu übertragenden Daten in redundanter Weise codiert, sodass der die Daten empfangende Netzknoten Übertragungsfehler ohne Rückfrage beim sendenden Netzknoten erkennen und korrigieren kann. Dadurch ist bei einem beschädigten Signal keine Neuanforderung des Signals beim Sender erforderlich.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Die Anordnung der Automatisierungsanlage 1 und des Übertragungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Gleiche, wie die in 1 des vorangehenden Ausführungsbeispiel gezeigte und in diesem Zusammenhang beschriebene Anordnung.
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Im Unterschied zum vorangehenden Ausführungsbeispiel erfolgt jedoch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Bereitstellung der separaten, kontinuierlich nutzbaren logischen Kanäle D1, D2, D3 der Netzknoten 11, 21, 31 nicht über CDMA sondern als eine Teilmenge von Einzelträgern durch Nutzung des OFDM-Verfahrens (OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplex). Das OFDM-Verfahren ist ein Multiplexverfahren, welches mehrere orthogonale Trägersignale zur digitalen Datenübertragung verwendet, wie in 3 gezeigt. Hierbei wird die zu übertragende Nutzinformation mit hoher Datenrate zunächst auf mehrere Teildatenströme D21, D22, D23 mit niedriger Datenrate aufgeteilt, diese Teildatenströme D21, D22, D23 werden jeder für sich mit einem herkömmlichen Modulationsverfahren, beispielsweise der Quadraturamplitudenmodulation usw., mit geringer Bandbreite moduliert, und anschließend werden die einzelnen Trägersignale addiert. Damit die einzelnen Trägersignale beim Empfänger zur Demodulation unterscheidbar sind, sollten den Trägersignalen zugeordnete Funktionenräume orthogonal zueinander stehen. Das bewirkt, dass sich die Trägersignale möglichst wenig gegenseitig beeinflussen. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch das COFDM-Verfahren (COFDM = Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) (Mehrträgerverfahren).
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Auch hier ist eine logische Ringstruktur wieder ähnlich wie bei dem im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten CDMA-Verfahren realisierbar. Durch das OFDM-Verfahren ergibt sich ein Frequenz-Interleaving-Effekt (Frequenzverschachtelungseffekt), der die Störsicherheit der Übertragung von Signalen erhöht. Jedoch beeinflussen sich Trägeranzahl und Zykluszeit des Übertragungssystems gegenseitig.
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Somit ist die Darstellung der Aufteilung der verfügbaren Gesamtdatenrate auf die Datenströme D1 bis D4 in 2 auch für dieses Ausführungsbeispiel gültig. Das heißt, bei der Übertragung von Signalen sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel sehr geringe Antwortzeiten auf Ereignisse möglich, so dass die Echtzeitfähigkeit bei der Übertragung von Signalen deutlich verbessert ist.
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(Allgemeines)
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Übertragungssystems des Übertragungsverfahrens und der Automatisierungsanlage können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Hierbei sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Zur Erzielung einer noch höheren Korrekturfähigkeit des durch die Fehlerkorrektureinrichtung 50 ausgeführten Vorwärtsfehlerschutzverfahrens kann ein Zeit-Interleaving angewandt werden, welches eine gleichmäßigere Verteilung von Übertragungsfehlern ermöglicht. Hierbei beeinflussen sich jedoch die Interleaving-Tiefe und die realisierbare minimale Zykluszeit des Übertragungssystems gegenseitig.
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Auch wenn zuvor nur eine Steuereinrichtung 10 für die Automatisierungsanlage 1 beschrieben ist, kann die Automatisierungsanlage 1 auch mehr als eine Steuereinrichtung 10 aufweisen, wobei beispielsweise eine der Steuereinrichtungen 10 den anderen jeweils übergeordnet ist. Zudem ist die Anzahl der Antriebseinrichtungen 20, 30 bzw. Elemente der Automatisierungsanlage 1 und somit der Netzknoten 21, 31 des Übertragungssystems 1 beliebig. Insbesondere kann die Anzahl auch mehr als 100 sein.
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Die Automatisierungsanlage 1 kann neben dem Übertragungssystem 11, 21, 31 zur drahtlosen Übertragung von Signalen auch ein herkömmliches drahtgebundenes Übertragungssystem zur Übertragung von Signalen zwischen bestimmten Elementen 10, 20, 30 der Automatisierungsanlage 1 aufweisen und verwenden. Auf diese Weise können beide Systeme (drahtlos, drahtgebunden) jeweils an den Stellen der Automatisierungsanlage 1 zum Einsatz kommen, wo sie jeweils gegenüber dem anderen System den größten Vorteil bieten.
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Bei der drahtlosen Übertragung können Frequenzen im Frequenzspektrum von UHF bis SHF, das heißt im Bereich von ca. 100 MHz bis 10 GHz verwendet werden. Bei diesen Frequenzen besteht ein vorteilhaftes Verhältnis von Antennengröße zu Übertragungsverhalten.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zudem eine Nutzung von Mehrantennentechniken (MIMO) denkbar, um eine Störungsreduktion zu bewirken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Automatisierungsanlage
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Übertragungseinrichtung bzw. erster Netzknoten
- 11a
- Antenne
- 20
- Antriebseinrichtung
- 21
- Übertragungseinrichtung bzw. zweiter Netzknoten
- 21a
- Antenne
- 30
- Antriebseinrichtung
- 31
- Übertragungseinrichtung bzw. dritter Netzknoten
- 31a
- Antenne
- 40
- Datenrate-Einstelleinrichtung
- 50
- Fehlerkorrektureinrichtung
- D1 bis D4
- verfügbare Datenrate auf einem logischen Kanal bzw. logischer Kanal
- D21 bis D23
- Einzelträger
- Dges
- verfügbare Gesamtdatenrate des Übertragungssystems
- t1
- Zeitpunkt eines Ereignisses
- t2
- Antwortzeit
- T
- Zykluszeit
- T1 bis T4
- Zeitscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 61158 [0002]
- IEEE 802.11 [0004]
