Echtzeit-Datenübertragungen in beide Richtungen

Mit Nearfi werden Daten gleichzeitig in beide Richtungen ohne Latenzzeit ausgetauscht. Die Verwendung von zwei parallelen 60-GHz-Verbindungen auf getrennten Frequenzbändern, eine für den Uplink und eine für den Downlink, ermöglicht Vollduplex-Echtzeit-Datenübertragungen. Damit ist das Verfahren für zeitkritische Industrieprotokolle wie Profinet und Ethercat geeignet. Da die Übertragungstechnik protokollunabhängig ist, kann sie mit jedem Standard-Ethernet-Protokoll verwendet werden (Bild 1).

Die Nutzung der Nahfeldkommunikation (NFC) ist ein Schlüsselfaktor für die Leistung von Nearfi. Im Gegensatz zur konventionellen Fernfeldkommunikation, die auf der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen beruht, die sich unbegrenzt durch den Raum bewegen, strahlt die Energie bei NFC nicht unbegrenzt aus. Sie nimmt mit der Entfernung schnell ab. NFC ist eine Technologie mit geringem Stromverbrauch, die die Möglichkeit elektromagnetischer Störungen weiter verringert.

Die Verwendung dieser Technologie gewährleistet auch eine zuverlässige Koexistenz mit bestehenden Funktechnologien wie WLAN oder Bluetooth. Darüber hinaus haben die Standard-Industriestörspektren keine Auswirkungen auf die Übertragungen, sodass bei der Bereitstellung von Nearfi keine Frequenzplanung erforderlich ist.

Die begrenzte Reichweite bedeutet, dass mehrere Nearfi-Links in unmittelbarer Nähe betrieben werden können, ohne dass es zu Störungen kommt. Unterm Strich ermöglicht NFC zuverlässige, wartungsfreie Highspeed-Datenübertragungen mit weitgehender Immunität gegen elektromagnetische Störungen. Schließlich zeigt ein LED-Ring an den Kupplungsgehäusen den Verbindungsstatus an und erleichtert die Fehlersuche, wodurch die Einrichtung und Diagnose beschleunigt werden.

Bitorientierte Übertragung

Die Verwendung einer synchronen, bitorientierten Übertragungstechnologie ist ein weiterer Vorteil von Nearfi. Die bitorientierte Technologie steht im Gegensatz zur paketorientierten Übertragung anderer drahtloser Kommunikationsmittel.

Bei paketorientierten Implementierungen kommt es im Allgemeinen zu erheblichen Latenzzeiten. Die Daten kommen beim Sender an und müssen vor der Übertragung in Paketen angeordnet werden. Auf der Empfängerseite werden die Pakete entpackt, bevor die Daten an das System ausgegeben werden.

Bei der synchronen Nearfi-Übertragung werden die Daten direkt – Bit für Bit – gesendet, sobald sie ankommen, ohne dass sie gepackt oder entpackt werden. Dadurch wird ein kontinuierlicher Datenstrom erzeugt und die Latenzzeit praktisch eliminiert (Bild 2). Deshalb eignet sich Nearfi gut für zeitkritische industrielle Ethernet-Protokolle wie Time-Sensitive-Networking (TSN), Profinet und Ethercat. Da die Daten ohne Pufferung oder Paketierung übertragen werden, ist Nearfi zudem protokolltransparent und kann jedes Ethernet-Protokoll verarbeiten, ohne dass eine Konfiguration erforderlich ist.

Nearfi begegnet Sicherheitsbedenken, indem es die Kommunikation auf eine kurze Distanz beschränkt. Es kann auch hochgradige Sicherheitsmaßnahmen unterstützen, wie Verschlüsselung, Authentifizierung und Tokenisierung.

Induktive Energieübertragung

Das Nearfi-System nutzt eine induktive Energieübertragung mit einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 148,5 kHz, ähnlich wie bei einigen drahtlosen Ladegeräten für Smartphones. Es können bis zu 50 W (DC 24 V, 2 A) übertragen werden, bei Parallelschaltung bis zu 100 W.

Die aktive Regelung sorgt für eine konstante Energieübertragung über den gesamten Arbeitsbereich. Die Übertragung von zwei galvanisch getrennten Spannungen (mit einer Leistung von je 50 W) wird ebenfalls unterstützt. Wie bei den Datenverbindungen werden auch bei der Energieübertragung ein Basiskoppler und ein Remotekoppler verwendet (Bild 3).

Schnelle Inbetriebnahme

Die Funktion Nearfi Fast Startup ermöglicht den schnellen (<500 ms) Wiederaufbau von Echtzeitverbindungen. Das ist möglich, weil die Energieübertragung und die Datenkommunikation bereits beginnen, während sich die Nearfi-Koppler noch annähern. Durch schnelles Anfahren können die Zykluszeiten bei Anwendungen wie dem Wechsel von Roboterwerkzeugen erheblich reduziert werden (Bild 4). Dank der bidirektionalen Datenübertragung kann sich das neue Werkzeug (oder ein anderes Anbaugerät) im System identifizieren und so bestätigen, dass es sich um das richtige Objekt handelt.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten

Die Koppler können gegenüberliegend, versetzt oder in einem tangentialen Winkel zusammengeführt werden. Sie können auch in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen der Basiskoppler feststeht, während der Remotekoppler rotiert (Bild 5). Nearfi-Koppler sind sofort einsatzbereit, sodass keine Programmierung erforderlich ist und die Entwicklung sowie Bereitstellung von Anwendungen beschleunigt wird.

Die gleichen Merkmale, die Nearfi für den Einsatz beim Werkzeugwechsel von Robotern auszeichnen, können auch Anwendungen wie fahrerlose Transportsysteme (FTS) und Material- und Werkstückträger unterstützen. Rotierende Antennen, wie sie z. B. auf Flughäfen zu finden sind, können davon profitieren, wenn herkömmliche Schleifringe durch Nearfi-Koppler ersetzt werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten finden sich beispielsweise in Präzisionsschalttischen oder in Flaschenfüllern für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie für die pharmazeutische Industrie.

Literatur

1. DigiKey Germany GmbH, München: www.digikey.de
2. Phoenix Contact Deutschland GmbH, Blomberg: www.phoenixcontact.com/de-de