VDI VDE 2185 Blatt 2-2009 Radio based communication in industrial automation - Management of the coexistence of radio solutions.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKFunkgesttzte Kommunikation in der AutomatisierungstechnikKoexistenzmanagement von FunklsungenRadio based communication inindustrial automationManagement of the coexistence of radio solutionsVDI/VDE 2185Blatt 2 / Part 2Au

2、sg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 3: AutomatisierungstechnikVDI-Handbuch Informationstechnik, Band 1: Angewandte InformationstechnikVDI/VDE-RICHTLINIENICS 25.040.01, 33.060.01, 35.240.50Dezember 2009 December 2009Vervielfltigung auchfr i

3、nnerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Frhere Ausgabe:08

4、.08Entwurf,deutschFormeredition:08/08 Draft,inGermanonlyZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2009VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachbereich Anwendungsfelder der A

5、utomationInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Abkrzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Notwendigkeit der

6、 Einfhrung eines Frequenzmanagements . . . . . . . . . . . . 125 bersicht und Einordnung des Frequenzmanagements . . . . . . . . . . . . 145.1 Frequenzmanagement und Auswahl einer Funklsung . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2 Einfhrung eines Frequenzmanagements . . 175.3 Bestandsaufnahme bestehe

7、nder Funksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 195.4 Frequenzmanagementprozess . . . . . . . . 216 Frequenzmanagementmanahmen . . . . . . 256.1 Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . 256.2 Strpotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . 266.3 Bewertung von Koexistenz . . . . . . . . . 286.4 Anal

8、yse und Messungen . . . . . . . . . . 286.5 Praktische Hinweise zur Herstellung von Koexistenz. . . . . . . . . . . . . . . . . . 306.6 Installation und Abnahme. . . . . . . . . . 326.7 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . 327 Einsatz von Werkzeugen . . . . . . . . . . . . 337.1 Funkfeldplanu

9、ng . . . . . . . . . . . . . . 337.2 Durchfhrung von messtechnischen Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . 347.3 Geeignete Software zur Dokumentation . . 34Anhang Praktische Hinweise . . . . . . . . . . . 36A1 Details zur Bewertung der Koexistenz digitaler Funksysteme. . . . . . . . . . . . 3

10、6A2 Details zu praktischen Hinweisen zur Herstellung von Koexistenz . . . . . . . . . 40Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . .

11、 . . . . . . . . 32 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 53 Abbreviations. . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Necessity to implement a frequency management . . . . . . . . . . . . 125 Survey and placement of frequency management . . . . . . . . . . . . 145.1 Frequency management and se

12、lection of a radio solution . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2 Implementation of a frequency management 175.3 Inventory of existing radio systems. . . . . 19 5.4 Frequency management process . . . . . . 216 Frequency management measures . . . . . . 256.1 Ancillary conditions . . . . . . . . . . .

13、 . 256.2 Interference potential . . . . . . . . . . . . 266.3 Evaluation of coexistence. . . . . . . . . . 286.4 Analysis and measurement . . . . . . . . . 286.5 Practical hints to establish coexistence . . . 30 6.6 Installation and approval . . . . . . . . . . 326.7 Documentation . . . . . . . . .

14、. . . . . . 327 Application of tools . . . . . . . . . . . . . . 337.1 Radio field planning . . . . . . . . . . . . 337.2 Accomplishment of metrological investigations . . . . . . . . . . . . . . . . 347.3 Software suitable for documentation . . . . 34Annex Practical hints . . . . . . . . . . . . .

15、. . 36A1 Details to evaluate the coexistence of digital radio systems . . . . . . . . . . . . 36A2 Details to the practical hints to establish coexistence . . . . . . . . . . . . 40Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 201

16、2-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 2 VDI/VDE 2185 Blatt 2 / Part 2VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der

17、 elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die

18、 ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2185.EinleitungDrahtlose Kommunikation in der industriellen Auto-matisierung trgt dazu bei, Fertigungsprozes

19、se kos-tengnstiger, flexibler und zuverlssiger zu gestalten und ermglicht die Umsetzung neuer Automatisie-rungskonzepte. Automatisierungstechnische Anwen-dungen stellen aber andere, in der Regel wesentlich hhere Anforderungen an Zuverlssigkeit und Zeit-verhalten der Funkkommunikation als Anwendungen

20、 aus dem Heim- und Brobereich.Fr die verschiedensten Aufgaben werden dabei un-terschiedliche Funksysteme eingesetzt. Somit ist es wahrscheinlich, dass an einem Ort mehrere Funksys-teme gleichzeitig betrieben werden. Im Lauf des Lebenszyklus ist mit einer gegenseitigen Beeinflus-sung der Systeme und

21、damit deren Zuverlssigkeit und Zeitverhalten zu rechnen, da die Funksysteme das Frequenzspektrum als Shared-Medium“ nutzen. Dieser Leitfaden soll helfen, die mglichen Risiken zu erkennen und abhngig von den Anforderungen der automatisierungstechnischen Anwendung Ma-nahmen zu deren Beherrschung abzul

22、eiten.Diese Richtlinie wendet sich an Planer und Verant-wortliche fr Fertigungs- und Prozessanlagen, an Systemintegratoren und Maschinenbauer, die Funk-lsungen in Maschinen und Anlagen einbauen und in Betrieb setzen mssen, sowie an Hersteller industri-eller Funklsungen. Sie ist insbesondere auch daf

23、r gedacht, die Kommunikation zwischen Automatisie-rungstechniker und Funktechniker zu frdern.Es soll aber auch dargestellt werden, dass bei richti-gem Vorgehen in den meisten Fllen bei Bercksich-tigung der jeweiligen Anforderungen die Koexistenz Preliminary noteThe content of this guideline has been

24、 developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use

25、of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.A catalogue of all available parts of this guide-line series c

26、an be accessed on the internet at www.vdi.de/2185.IntroductionWireless communication in industrial automation contributes to organise production processes more cost-efficient, flexible and reliable, and it allows the realisation of new automation concepts. Automation applications usually make higher

27、 demands on relia-bility and time response of radio communication than applications in domestic and office domain. Thereby, for the various tasks different radio systems are used. Hence, it is quite likely that in one place several radio systems operate simultaneously. Throughout their life cycles i

28、nteractions of the sys-tems and thus of their reliability and time response have to be assumed, for the radio systems use the fre-quency spectrum as a “shared medium”. This guide-line is to help to identify potential risks and to deduce measures to control them depending on the require-ments of the

29、automation application. This guideline is addressed to designers and persons responsible for production and process plants, to sys-tem integrators and mechanical engineers, having to integrate and start up radio solutions in machines and plants, and to producers of industrial radio solutions. In par

30、ticular it is meant to stimulate the communica-tion between automation and radio engineers. It also illustrates that most often the coexistence of several radio systems and contemporaneously a gen-tle handling of the frequency spectrum as a limited B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormC

31、D - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI/VDE 2185 Blatt 2 / Part 2 3 mehrerer Funksysteme und zugleich ein schonender Umgang mit dem Frequenzspektrum als endliche Ressource mglich sind. Um das zu erreichen, ist ein Prozess erforderlich, in dem alle As

32、pekte der Koexis-tenz von Funksystemen whrend der Planung, Inbe-triebnahme und im Betrieb bzw. bei Erweiterungen bercksichtigt werden. Dieser Prozess ist Gegenstand dieser Richtlinie und wird als Koexistenzmanagement von Funklsungen bezeichnet. Die damit verbunde-nen Aktionen und Entscheidungen dien

33、en der Einhal-tung der fr die Anwendung geforderten Grenzwerte ber den gesamten Lebenszyklus der Anlage.Abhngig von der Bedeutung der Funkkommunika-tion fr die Anlage, kann der Prozess mehr oder we-niger aufwendig gestaltet werden. Hierbei sind die Anforderungen an die eingesetzten Funksysteme aus-s

34、chlaggebend. Werden an das Funksystem keine oder nur geringe Anforderungen gestellt, so ist fr das Ko-existenzmanagement von Funklsungen ein geringe-rer Aufwand erforderlich als fr ein Funksystem, das z. B. ein Teil einer Steuerungsanwendung mit hohen Zeitanforderungen ist. Es wird dringend empfohle

35、n, in jedem Fall in Betracht zu ziehen, dass spter wei-tere Funksysteme zum Einsatz kommen knnen oder dass sich die Anforderungen an das bestehende Funk-system (z. B. durch zustzliche Anwendungen) in Zu-kunft ndern. Letztlich liegt es in der Verantwortung des Lesers1)zu entscheiden, inwieweit der er

36、forder-liche Aufwand zur Durchfhrung der Manahmen den Anforderungen an das Funksystem bzw. der Be-deutung des Funksystems innerhalb seiner Anlage entspricht.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie befasst sich mit Manahmen zur Sicherstellung des strungsfreien Betriebs von Funk-kommunikationssystemen fr

37、Mess- und Automati-sierungsanwendungen, wie sie in VDI/VDE 2185 Blatt 1, Abschnitt 5, beschrieben sind. Diese Anwen-dungen wurden von der ISA klassifiziert, wie in Tabelle 1 dargestellt (siehe ISA-SP100.11). Ent-sprechend dieser Klassifizierung kann der Aufwand fr das Koexistenzmanagement unterschie

38、dlich hoch ausfallen.Die in Tabelle 1 aufgefhrte Klassifizierung von au-tomatisierungstechnischen Anwendungen bezieht sich in erster Linie auf die Funktion der zu betrach-tenden Anwendung. Es ist jedoch mglich, dass eine automatisierungstechnische Anwendung dem Funk-tionsumfang entsprechend einer hh

39、eren (unkriti-1)Diese VDI-Richtlinie verwendet die nach der Grammatik mnnliche Form in einem geschlechtsneutralen Sinn.resource is feasible, if an appropriate approach is chosen, taking into account the respective demands. In order to achieve this, a process is needed, in which all aspects of the co

40、existence of radio systems during design, commissioning and operation respectively amplifications are considered. This process called co-existence management of radio solutions, is the sub-ject of this guideline. Associated actions and deci-sions serve to comply with the claimed limit values for the

41、 application over the whole life cycle of the plant. This process can be more or less elaborate, depending on the relevance of radio communication for the plant. The demands on the implemented radio sys-tems are decisive here. If no or just modest demands are made on the radio system, a lower effort

42、 for the coexistence of radio solutions will be necessary than in case of a radio system, e. g. being part of a control application with high time requirements. Anyway, it is strongly recommended to consider that further ra-dio systems might be implemented later, or that the demands on the present r

43、adio system might change in future (e. g. due to additional applications). Eventu-ally it is the responsibility of the reader1)to decide to what extent the required efforts to accomplish the measures meet the demands on the radio system, re-spectively the relevance of the radio system within his pla

44、nt. 1ScopeThis guideline is concerned with measures to ensure the interference-free operation of radio communica-tion systems for measurement and automation appli-cation as specified in VDI/VDE 2185 Part 1, Sec-tion 5. These applications were classified by the ISA as listed in Table 1 (see ISA-SP 10

45、0.11). The efforts for the coexistence management can vary according to this classification. The classification of automation applications listed in Table 1, primarily refers to the function of the appli-cation to be considered. Yet, it is possible that an au-tomation application corresponding to it

46、s functional range is to be allocated to a higher (less critical) ap-plication class, but is vitally important for business 1)This footnote applies to the German language only. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V

47、., Dsseldorf 2009 4 VDI/VDE 2185 Blatt 2 / Part 2scheren) Anwendungsklasse zuzuordnen ist, aber fr die Unternehmensprozesse eine hohe Relevanz auf-weist. In diesem Fall wird empfohlen, sie einer kriti-scheren Anwendungsklasse zuzuordnen, um ihre Be-deutung fr das Unternehmen richtig darzustellen und

48、 somit auf einen hheren Aufwand fr die Sicher-stellung der Koexistenz hinzuweisen.Andere Anwendungen von Funk-Barcode-Lesern bis Voice- und Video-over-IP-Anwendungen knnen hnlich klassifiziert und entsprechend dieser Richt-linie behandelt werden. Diese Anwendungen werden jedoch in den weiteren Ausfh

49、rungen nicht aus-drcklich adressiert.Die Betrachtungen sind nicht auf einen speziellen Frequenzbereich, wie das typischerweise genutzte 2,4-GHz-ISM-Band, beschrnkt. Als Streinflsse werden sowohl konkurrierende Kommunikationssys-teme als auch andere zugelassene Funkanwendun-gen, z. B. Mikrowellensysteme zum Trocknen oder zum Kunststoffschweien, in Betracht gezogen wer-den. Darber hinaus knnen weitere Strungen durch starke niederfrequente elektromagnetische Felder (