VDI VDE 2185 Blatt 1-2007 Radio based communication in industrial automation.pdf

1、VEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKFunkgesttzte Kommunikation in der AutomatisierungstechnikRadio based communication inindustrial automationVDI/VDE 2185Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungste

2、chnik, Band 3: AutomatisierungstechnikVDI-Handbuch Informationstechnik, Band 1: Angewandte InformationstechnikFrhere Ausgaben: VDI/VDE 2185; 12.03; 07.06 Entwurf,deutschVDI/VDE-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved V

3、erein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 25.040.01, 33.060.01, 35.240.50September 2007Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 42 Begriffe und Definitionen . . . . . . . . . . . 43 Abkrzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Anforderungen der

5、Automatisierungs-branchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.2 Ausgewhlte Anwendungsbereiche . . . . 135.3 Resultierende Anforderungen . . . . . . . 136 Funktechnologien . . . . . . . . . . . . . . . 246.1 Einleitung . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . 246.2 Technische Merkmale der Funktechnologien . . . . . . . . . . . . . 276.3 Nutzerorganisationen . . . . . . . . . . . 517 Auswahl anwendungsgerechterFunktechnologien . . . . . . . . . . . . . . . 527.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . 527.2 bersicht der Bewertungskriterien

7、 . . . . 537.3 Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . 568 Empfehlung zur Charakterisierung vonFunklsungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 598.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . 598.2 Bewertungskonzept . . . . . . . . . . . . 608.3 Definition primrer Kenngren zurBewertung von Funkl

8、sungen. . . . . . . 618.4 Definition sekundrer Kenngren zur Bewertung von Funklsungen. . . . . . . 678.5 Liste der Einflussgren. . . . . . . . . . 688.6 Anwendung der Kenngren in Bewertungsszenarien . . . . . . . . . . . 69Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introducti

9、on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Terms and definitions. . . . . . . . . . . . . . 43 Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125 Requirements of the automationbranches. . .

10、. . . . . . . . . . . . . . . . . .135.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . .135.2 Selected fields of application . . . . . . . .135.3 Resulting requirements . . . . . . . . . . .136 Radio technologies . . . . . . . . . . . . . . .246.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . .246.2 T

11、echnical features ofradio technologies. . . . . . . . . . . . . .276.3 User organisations . . . . . . . . . . . . .517 Selection of radio technologies appropriatefor specific applications . . . . . . . . . . . .527.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . .527.2 Overview of assessment criteria

12、 . . . . . .537.3 Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . .568 Recommendation to characterise radio solutions . . . . . . . . . . . . . . . . .598.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . .598.2 Assessment concept. . . . . . . . . . . . .608.3 Definition of primary parameters for theassessm

13、ent of radio solutions . . . . . . . .618.4 Definition of secondary parameters for theassessment of radio solutions . . . . . . . .678.5 List of the influencing parameters . . . . .688.6 Parameter application in assessment scenarios . . . . . . . . . . . .69The German version of this guideline shall

14、 be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss Funkgesttzte Kommunikation in der AutomatisierungstechnikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All r

15、ights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI/VDE 2185 Blatt 1 / Part 1Seite9 Empfehlung zur Integration von Funk-technologien in industrielle Gerte9.1 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . 719.2 Softwareschnittstellen (APIs). . . . . . . 719.3 Embedded“ Lsung . . . . .

16、. . . . . . 729.4 Hosted“ Lsung . . . . . . . . . . . . . 7210 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist unter sorgfltiger Be-rcksichtigung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 100

17、0 entstanden.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wege ge-dankt.Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstn

18、dig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahrung des Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Aus-knfte dazu sowie zur Nutzung im Wege der Daten-verarbeitung erteilt die Abteilung VDI-Richtlinienim VDI.EinleitungDie drahtlose, funkges

19、ttzte Datenbertragung er-mglicht in vielen Bereichen der Automatisierungdie Konzeption neuer technischer Lsungen. Die An-forderungen dieses Anwendungsbereiches, z.B. eindeterministisches Zeitverhalten der bertragung, de-finieren jedoch eine Reihe von Randbedingungen, diedurch die potenziell einsetzb

20、aren Funktechnologienabzudecken sind.Das Fokusprojekt Funkgesttzte Kommunikation inder Automatisierungstechnik“ der VDI/VDE-Gesell-schaft fr Mess- und Automatisierungstechnik hattesich 1999 das Ziel gesetzt, einen Leitfaden zu erstellen,der die Auswahl von geeigneten Funktechnologien an-hand der Anf

21、orderungsprofile aus verschiedenen Ein-satzbereichen der Automatisierungstechnik systemati-siert und erleichtert. Insbesondere sollte der Leitfadendem Anwender in der Automatisierungstechnik einenberblick ber die aktuell verfgbaren Lsungen frseine individuelle Problemstellung ermglichen.Page9 Recomm

22、endation for the integration ofradio technologies in industrial devices . . 719.1 Proceeding . . . . . . . . . . . . . . . . 719.2 Software interfaces (APIs) . . . . . . . . 719.3 Embedded solution . . . . . . . . . . . . 729.4 Hosted solution . . . . . . . . . . . . . . 7210 Prospects . . . . . . .

23、 . . . . . . . . . . . . 72Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Prelilminary noteThe content of this guideline has been developed un-der thorough consideration of the requirements andrecommendations of guideline VDI 1000.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributor

24、s to this guideline.All rights reserved including those of reprinting, re-production (photocopying, microcopying), storage indata processing systems, and translation, either of thefull text or of extracts. This VDI guideline can beused as a concrete project document without infringe-ment of copyrigh

25、t and with regard to VDI notices 1to 7. Information on this, as well as on the use in dataprocessing, may be obtained by the VDI GuidelinesDepartment at the VDI.IntroductionWireless, radio based data communication allows thedesign of new technical solutions in many fields ofautomation technology. Ho

26、wever, the requirementsinherent in industrial automation, such as a determin-istic time response of the transmission link, define anumber of boundary conditions which have to be ful-filled by the potential radio technologies. By means of this guideline, the focus project “Radiobased communication in

27、 industrial automation” ofthe VDI/VDE Society for Measurement and Auto-matic Control (VDI/VDE-GMA) aims to providesystematic guidance in selecting appropriate radiotechnologies for various fields of application of in-dustrial automation. In particular, this guideline issupposed to allow the users of

28、 automation technologyan overview of the solutions currently available foreach individual task.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI/VDE 2185 Blatt 1 / Part 1 3 Die seitdem gesammelten Erfahrun

29、gen beim Einsatzvon Funklsungen fr automatisierungstechnischeAnwendungen sowie die rasante Entwicklung neuerFunktechnologien und -standards machten eine Ak-tualisierung der Richtlinie erforderlich. Dieser Auf-gabe stellte sich der im November 2001 gegrndeteVDI/VDE-GMA-Fachausschuss FunkgesttzteKommu

30、nikation in der Automatisierungstechnik“.Mit der Aktualisierung des Inhalts soll die Richtlinieknftig bei Entscheidungen ber den Einsatz derFunkbertragung in Automatisierungsanwendungenbesser untersttzend herangezogen werden knnen.Neue Funktechnologien und -standards sowie ergn-zende Empfehlungen we

31、rden knftig mit dieserRichtlinie zum VDI-Handbuch Informationstechnikzusammengefasst.Anmerkung: In diesem Dokument werden Technologien beschrie-ben, fr deren Namen ein Markenschutz eingetragen ist (eingetra-gene Warenzeichen). Hierzu gehren Bluetooth, EtherNet/IP, Kon-nex, PROFIBUS, PROFINET, Wi-Fi,

32、 WiMAX, WiMedia, ZigBeeund Z-Wave.Diese Richtlinie wendet sich an potenzielle Anwendervon Funktechnologien in den unterschiedlichstenBranchen der Automatisierungstechnik. Ziele derRichtlinie sind, den Anwender bezglich des Vorge-hens in einem Auswahlprozess zu untersttzen und In-formationen ber verf

33、gbare Funktechnologien undderen Einsatzgebiete bereitzustellen. Diese Richtliniesoll dem Anwender zunchst einen berblick berexistierende Funktechnologien geben. Hierzu wurdentechnische Merkmale festgelegt, die eine hinreichendeBeschreibung der unterschiedlichen Funktechnolo-gien ermglichen. Darber h

34、inaus soll die Richtlinieauch ein Hilfsmittel darstellen, das dem potenziellenNutzer eine Auswahl der geeignetsten Funktechnolo-gien fr einen spezifischen Anwendungsfall ermg-licht. Hierzu werden fr ausgewhlte Automatisie-rungsbranchen Anforderungskriterien angegeben, an-hand derer die technischen M

35、erkmale der Funktech-nologien gespiegelt werden. Die Auswahl geeigneterFunktechnologien wird durch die Angabe von Aus-wahlkriterien untersttzt. Die aufgefhrten Auswahl-kriterien stellen hierbei einen Vorschlag dar und erhe-ben keinen Anspruch auf Vollstndigkeit. Gleichesgilt auch fr die angegebenen

36、technischen Merkmalezu Funktechnologien. Diese wurden auf der Grund-lage von Modellen, die zur Standardisierung vonKommunikationssystemen genutzt werden, ermittelt.Die Richtlinie kann keinen Funkspezialisten erset-zen, sie soll aber eine Mglichkeit fr die Einarbei-tung in die Themen Funkgesttzte Kom

37、munikationin der Automatisierungstechnik“ und WirelessTechnology“ bieten. Weitere Informationen findetman in den Tagungsbnden der vom GMA-Fachaus-schuss durchgefhrten Fachtagungen 4 bis 7.The experiences made in the application of radio so-lutions for automation application ever since as wellas the

38、rapid development of new radio technologiesand standards required to update the guideline. TheVDI/VDE-GMA-committee “radio supported com-munication in automation technology”, founded inNovember 2001, applied itself to this task. By updat-ing the content, this guideline is to provide a bettersupport

39、with regard to decisions concerning the ap-plication of radio transmission in automation applica-tion in future.In future new radio technologies and standards aswell as additional recommendations are comprisedtogether with this guideline to the VDI-Handbuch In-formationstechnik.Note: In this documen

40、t technologies are described, for the names ofwhich a protection of trademarks are registered (registered trade-mark). Among these are: Bluetooth, EtherNet/IP, Konnex, PROFI-BUS, PROFINET, Wi-Fi, WiMAX, WiMedia, ZigBee and Z-Wave.This guideline is intended for use by potential usersof radio technolo

41、gies in various branches of indus-trial automation. The guideline aims to support theuser in the selection process and provide him with in-formation on the available radio technologies. Thefirst task of this guideline is to give the user an over-view of existing radio technologies. Therefore, tech-n

42、ical features are defined, allowing a sufficient de-scription of the different radio technologies.Furthermore, the guideline is meant to be a tool al-lowing the potential user to select the radio technolo-gies best suited for a specific application. To this end,requirement criteria reflecting the te

43、chnical featuresof the radio technologies are indicated for selectedbranches of industrial automation. Selection criteriaare stated to support the selection of appropriate radiotechnologies. The selection criteria listed are sugges-tions not claiming to be exhaustive. The same appliesto the technica

44、l features of the radio technologies.These were determined on the basis of models whichare used to standardize communication systems.The guideline is no substitute for a radio specialist;however, it should enable the reader to familiarisewith the issues of “Radio based communication” and“wireless te

45、chnology”. Further information can befound in the proceedings of the expert meetings of theGMA commitee 4 to 7.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI/VDE 2185 Blatt 1 / Part 11 AnwendungsbereichDi

46、e Richtlinie befasst sich mit den Grundlagen derNutzung funkgesttzter bertragungstechniken zurzeitkritischen Nachrichtenbertragung zwischen Ge-rten in der industriellen Anwendung der Automati-sierungstechnik. Der Begriff zeitkritisch“ wird ver-wendet, um die bertragung von Nachrichten inner-halb ein

47、es definierten Zeitfensters zum Ausdruck zubringen. Die Festlegung der Gre des Zeitfenstersist von der Anwendung abhngig. Innerhalb des Zeit-fensters sollen eine oder mehrere komplette Daten-bertragungen, einschlielich eventueller Bestti-gungen oder Antworten, durchgefhrt worden sein.Der Begriff ind

48、ustrielle Anwendung in der Automa-tisierungstechnik“ beinhaltet Anforderungen an dieZuverlssigkeit und Verfgbarkeit der funkgesttztenbertragungstechnik unter Beachtung der spezifi-schen Umgebungs- und Zulassungsbedingungen.Zur Eingrenzung der industriellen Anwendungen inder Automatisierungstechnik w

49、urden folgende Bran-chen festgelegt, die bei den Untersuchungen Berck-sichtigung fanden:ProzessautomatisierungInfrastrukturanlagenGebudeautomatisierungFertigungsautomatisierungLogistik/TransportIn den erstgenannten Bereichen steht der Einsatz derFunktechnik noch am Anfang. Anders verhlt es sichim Bereich der Logistik/Transport. Fr zeitunkriti-sche Anwendungen ist der Funkeinsatz bereits Standder Technik. Fr die zeitkritischen Echtzeitanwen-dungen