Alle Register gezogen

Kommunikationskonzepte - Mit Ethernet werden Maschinen und Anlagen bis hin zu Antriebseinheiten und intelligenten Sensoren und Aktoren vernetzt. Auch moderne Funktechnologien haben sich mittlerweile einen Platz im Kommunikationsmix erobert.

14. Dezember 2005

Bis Mitte der 80er Jahre wurden Automatisierungslösungen meist zentral aufgebaut - alle Sensoren und Aktoren waren über parallele Leitungen an die zentrale Steuerung angeschlossen. Durch die stetig steigenden Anforderungen mußten immer mehr Teilnehmer zum Teil über lange Strecken mit den Steuerungen verbunden werden, die im Laufe der Zeit leistungsfähiger geworden sind. Ein wesentlicher Kostenfaktor in der Automatisierungstechnik war deshalb die Parallelverdrahtung und die damit verbundene fehlerträchtige Installationstechnik.

Hürde dank Feldbustechnik Genommen

Mit dem Einzug der Feldbustechnik vor etwa 15 Jahren konnte diese Hürde überwunden und die Produktivität im Maschinen- und Anlagenbau nachhaltig gesteigert werden. Feldbussysteme ermöglichten es, Maschinen und Anlagen schneller in Betrieb zu nehmen und bei Problemen besser zu warten, so daß sich ihre Verfügbarkeit erhöhte. Heute ist die Kommunikation in der Automatisierung der Schlüssel zur Erschließung weiterer Rationalisierungspotentiale und damit die treibende Kraft für Innovationen. Während in der Vergangenheit Feldbussysteme entwickelt wurden, die sich in ihren Eigenschaften an den Erfordernissen und Einsatzumgebungen der Automatisierung orientierten, sind heute Kommunikationstechnologien aus dem kommerziellen Bereich die Trendsetter in der Automatisierungstechnik. So hat sich beispielsweise Ethernet mit seinen offenen Protokollstrukturen und den Stärken in der durchgängigen Kommunikation seit langem als Standard in der Bürokommunikation etabliert. Auch in der Automatisierungstechnik wird Ethernet seit einigen Jahren zur Kommunikation von Anlagen und Subsystemen untereinander eingesetzt. Daher ist es naheliegend, diesen Standard auch zur Vernetzung der Sensorik und Aktorik in der Automatisierungstechnik einzusetzen. Darüber hinaus halten Technologien wie Bluetooth oder Wireless-LAN für die funkgestützte Datenkommunikation Einzug in die Automation. Die Kommunikationstechnologie in industriellen Automatisierungslösungen wird damit zukünftig leistungsfähiger und vielfältiger. Kommunikationssysteme müssen in der industriellen Anwendung vor allen Dingen E/A-Signale (Bits) der Sensoren und Aktoren schnell und zuverlässig transportieren. Außerdem besteht eine hohe Anforderung darin, Antriebssysteme synchron mit Daten zu versorgen und exakte Bewegungsabläufe zu ermöglichen. Neuere Trends sind die Einbindung der bisher parallel verdrahteten Sicherheitstechnik sowie die vertikale Integration in Richtung der ERP- und MES-Systeme (Enterprise Resource Planning, Manufacturing Execution Systems).

Ethernet-Technologie wächst

Während Feldbussysteme ihre Stärken besonders bei der Vernetzung von Sensoren und Aktoren ausspielen können, wird Ethernet schon heute für den vertikalen Informationsfluß eingesetzt. Derzeit wird an der Weiterentwicklung der Ethernet-Technologie gearbeitet, um den Standard für den Einsatz in der Feldkommunikation nutzbar zu machen. Hierfür ist vor allem die Profinet-Lösung prädestiniert, da sie alle wichtigen Anforderungen in der industriellen Kommunikation abdeckt. Mit Profinet CBA (Component based Automation) wird der Trend zum Verteilen von Automatisierungsfunktionen auf verschiedene intelligente Subsysteme unterstützt. Damit wird mehr Flexibilität im Maschinen- und Anlagenbau geschaffen. Maschinen und Anlagen können dadurch modular aufgebaut werden, und mechatronische Systeme können vorgetestet und anschließend flexibel zu einer Gesamtanlage zusammengefügt werden. Dies reduziert die Komplexität der heute noch zentral aufgebauten Steuerungssysteme und hilft, bereits definierte Automatisierungsfunktionen wieder zu verwenden, was insgesamt die Produktivität im Maschinen- und Analagenbau steigert. Mit Profinet I/O werden einfache E/A-Geräte in Analogie zu den Feldbussystemen in der gewohnten Sichtweise der dezentralen Peripherie bedient. Die Kommunikation über Ethernet erreicht dabei ohne spezielle Hardware-Unterstützung Zykluszeiten im unteren Millisekundenbereich, wie sie von klassischen Feldbussystemen bekannt sind. Dabei bietet die Profinet-Spezifikation mit Profinet I/O ein Integrationsmodell für die Einbindung der bislang verwendeten Bussysteme. Über definierte Proxy-Strukturen werden diese in Profinet eingebunden, so daß Geräte und Objekte, die an den Feldbus angeschlossen sind, sich nahtlos in das Profinet-Konzept integrieren. Mit RT (Real Time) und IRT (Isochron Real Time) stehen Lösungen für die Echtzeitkommunikation zur Verfügung, die auf die Anforderung der verschiedenen Geräteklassen abgestuft sind. Geräte und Systeme mit geringen Echtzeitanforderungen können einfach und flexibel mit RT bedient werden. Für hochdynamische Antriebsanwendungen ist IRT entwickelt worden, das mit entsprechender Hardwareunterstützung auch für den Submillisekunden-Bereich sowie bei hohen Synchronitätsanforderungen eingesetzt werden kann. Werden die wichtigsten Beurteilungskriterien - wie die Unterstützung von verteilter Automation oder die Integration von Feldbussystemen sowie Lösungen für die Echtzeitkommunikation auf Ethernet - zugrunde gelegt, wird deutlich, daß Profinet besser geeignet ist als andere am Markt diskutierte Konzepte. Neben der Ethernet-basierten Kommunikation werden derzeit die aus dem kommerziellen Bereich kommenden Funktechnologien wie Bluetooth oder Wireless-LAN diskutiert. Besonders bei mobilen Systemen oder bei rotierenden Übertragungssystemen und Schleppketten spielen sie ihre Vorteile aus. Während Bluetooth sich besonders für die Übertragung von Signalen in geringer Entfernung eignet, bietet sich Wireless-LAN bei größeren Distanzen sowie zur Vernetzung von intelligenten Subsystemen an. Standards für die Kommunikation über Wireless-LAN gibt es im kommerziellen Umfeld seit einiger Zeit. Sie haben heute eine Reife erreicht, die sie auch für den Einsatz in der Industriellen Kommunikation prädestinieren. Wireless-LAN-Lösungen sind insbesondere dort interessant, wo mobile Stationen eingesetzt werden. Der Bediener trägt dazu ein mobiles Terminal, das auf Basis von Wireless-LAN drahtlos mit dem Steuerungssystem verbunden ist. Die Spannungsversorgung der mobilen Bedieneinheit erfolgt über Batterien, und der Bediener kann sich frei in der Anlage bewegen.

Martin Müller, Phoenix Contact

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2005