Bluetooth in der Klemme

Bluetooth – eine Technologie, die sich nur für leistungsschwache mobile Endgeräte eignet? Keineswegs, wie das Beispiel Wago zeigt: Seit geraumer Zeit hat das auf Verbindungstechnik spezialisierte Unternehmen serielle Adapter für den Zugriff auf die Diagnoseschnittstelle seines...

Bluetooth – eine Technologie, die sich nur für leistungsschwache mobile Endgeräte eignet? Keineswegs, wie das Beispiel Wago zeigt: Seit geraumer Zeit hat das auf Verbindungstechnik spezialisierte Unternehmen serielle Adapter für den Zugriff auf die Diagnoseschnittstelle seines I/O-Systems verfügbar. Jetzt geht Wago noch einen Schritt weiter und integriert die für die Automation attraktivsten Profile sowie einen Echtzeit-Modus direkt in die Klemme.

Am 19. Oktober 1998 – also vor exakt zehn Jahren – erblickte Bluetooth das Licht der Funkwelt. Ende des Jahres werden über 1,5 Mrd. Bluetooth-Geräte am Markt sein, und für das Jahr 2012 prognostizieren Analysten ein Marktvolumen von gut 2 Mrd. Funkchips pro Jahr. Bluetooth ist damit die erfolgreichste Funktechnologie und entwickelt sich zu ‚der‘ universellen kabellosen seriellen Schnittstelle; durchaus vergleichbar mit einer konventionellen V24-Schnittstelle – nur leistungsfähiger, kompakter und vielfältiger.

Ein großer Vorteil von Bluetooth ist die hervorragende Embedded-Fähigkeit. Durch eine weitgehende Kapselung der Kommunikationsfunktionalität in Geräteprofile, deren Abarbeitung häufig schon im Funkmodul erfolgt, bleibt für den applikationsverarbeitenden Prozessor häufig nur noch die Bedienung einer seriellen High-Speed-Verbindung übrig – ohne großartige Anforderungen an die zu bearbeitenden Protokollstacks. Gerade dies macht die Funktechnik auch für die Automatisierungstechnik interessant, zumal serielle RS232- und RS485-Schnittstellen in industriellen Anwendungen weit verbreitet sind.

Auf der einen Seite gewinnt Bluetooth alleine durch den Kosten sparenden Wegfall von Kabeln und Steckern. Auf der anderen Seite können durch das in der Automation übliche Master-Slave-Prinzip bis zu sieben Geräte im Zeitschlitz-Verfahren bedient werden. Eine zertifizierte Bluetooth-Schnittstelle mit einer durchdachten Implementierung des SPP-Protokolls (Serial Port Profile), welches virtuelle serielle Verbindungen bereitstellt, bietet damit die Funktion einer seriellen Breakout-Box für den Anschluss mehrer Geräte. Das SPP-Protokoll ist attraktiv, weil es die Basis für unterschiedlichste weitere Profile bietet und darüber hinaus in nahezu jedem bluetooth-fähigen Gerät implementiert ist: vom Mobiltelefon über PDAs und Laptops bis hin zu einfachen seriellen Adaptern.

Im Vergleich zu Consumer-Geräten ist in industriellen Systemen eine deutlich höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Schnittstellen sicherzustellen. Dies erfordert bei bluetooth-fähigen Automatisierungskomponenten einen deutlich höheren konstruktiven Aufwand. Während Consumer-Geräte in der Regel hoch integrierte Bluetooth-Module sowie integrierte Antennen verwenden, und auf die leistungsstarken Prozessoren der Hostgeräte zurückgreifen können, ist die Ausgangssituation in industriellen Systemen eine deutlich andere: Aufgrund von Schaltschrankmontage und schwierigen Ausbreitungsbedingungen sind in diesem Umfeld externe Antennen häufig unverzichtbar, um eine zuverlässige Verbindung über Entfernungen bis hin zu 100 Metern zu gewährleisten. Darüber hinaus kommen in der Automation leistungsschwächere Prozessoren zum Einsatz, sodass das Bluetooth-Modul unter anderem die Aufgaben des host-seitigen Bluetooth-Stack zusätzlich übernehmen muss. Nicht zuletzt erwartet der Anwender eine perfekte Integration in das Automatisierungsumfeld; schließlich soll der Einsatz der Funktechnologie nicht die gewohnten Bedienparadigmen umwerfen.

Eine besondere Bedeutung in der industriellen Automation kommt der Koexistenz von Bluetooth mit bestehenden oder temporär zugeschalteten WLAN-Netzwerken zu. Bluetooth bietet seit der Version 1.2 die Möglichkeit des adaptiven Frequency-Hopping. Das bedeutet, dass von anderen Funkteilnehmern belegte Frequenzen von Bluetooth erkannt und ausgeblendet werden. Hierdurch wird sowohl die Kommunikation zwischen Bluetooth-Geräten als auch andere Funktechnologien, die im gleichen Frequenzband operieren, geschützt. Nicht alle Consumer-Geräte nutzen dieses Feature – in industriellen Implementierungen ist diese Eigenschaft jedoch von ausschlaggebender Bedeutung. Im Fall der bluetoothfähigen 750-644-Klemme von Wago heißt dies konkret, dass die Klemme innerhalb von weniger als vier Sekunden den „Störer“ erkennt und belegte Kanäle permanent ausblendet. Der in dieser Klemme verwendete Standard-Chipsatz „CSR Bluecore 04“ wurde durch zusätzliche aufwendige HF-Beschaltung dahingehend optimiert, dass seine Performance-Parameter deutlich über denen von Consumer-Produkten liegen. Messungen im Freifeld haben Reichweiten von gut 1000 Metern ergeben, und selbst in industriellem Umfeld mit mehreren Betonwänden und Stahleinbringungen war im Bereich von gut 30 Metern eine stabile Übertragung möglich.