Auf Echtzeit programmiert

JetWeb Ethernet hat die Automatisierungstechnik erobert. Vor 10 Jahren noch heftig umstritten, zweifelt heute keiner an den vielen Möglichkeiten. Tausende Knoten sind mittlerweile im rauen Industrieumfeld erfolgreich im Einsatz. JetWeb war von Anfang an auf IT und Echtzeit programmiert.

21. Mai 2008

Sucht ein Maschinenbauer nach Lösungen für die Antriebstechnik, führt kein Weg an Ethernet vorbei. Nahezu jede Steuerung und jeder Antriebsregler verfügt über eine Ethernet-Schnittstelle. In der IT-Welt ist damit die Frage der Kompatibilität schon geklärt – in der Automatisierungstechnik noch lange nicht.

Wieder einmal die Qual der Wahl

Die Automatisierungsbranche hat tatsächlich IT-Standards so verändert, dass es zueinander inkompatible Technologien gibt. Die Veränderungen finden entweder auf der Hardwareebene statt und/oder in der Software, sprich bei den Protokollen. Die Folge: Die Stecker sind zwar zueinander kompatibel; sollen die Geräte gemeinsam in einem Netz kommunizieren oder gar Daten in Echtzeit austauschen, dann ist dies nicht möglich. Ein für Anwender äußerst unerfreulicher Umstand. Protokollbasierte Lösungen wie Ethernet/IP, JetSync, Modbus TCP und Profibus V1/V2 bieten zumindest die Möglichkeit, gleichzeitig implementiert und auf ein und demselben Kabel parallel nutzbar zu sein, ohne spezielle Hardware.

Ganz hart am IT-Standard

Die Jetter AG, die mit der Vorstellung der JetWeb-Technologie im Jahr 1999 Ethernet als durchgängige Netzwerktechnologie in die Automatisierungstechnik gebracht hat, setzte von Anfang an auf IT-kompatibles Ethernet. Bei JetWeb werden weder das Medienzugriffsverfahren noch der Ethernettelegrammrahmen verändert. Alle Protokolle basieren auf Standard TCP/IP. Dies hat folgende Vorteile:

1. Beliebige IT-Netzwerkkomponenten können eingesetzt werden (Wahlfreiheit)

2. Jede beliebige Topologie mit Standard- Infrastrukturkomponenten ist möglich (Switches, Router, ...)

3. Beliebiger TCP/IP-Datenverkehr ist zu jeder Zeit möglich (Durchgängige Kommunikation)

4. Kommunikation zwischen Geräten unterschiedlichster Hersteller ist jederzeit möglich

5. Profi tieren von den Weiterentwicklungen der IT-Welt (Geschwindigkeits- und Bandbreitensteigerung)

6. Ein Standard Ethernetcontroller genügt, es wird nicht für unterschiedliche »Ethernet-Technologien« spezielle Hardware benötigt.

Ein wesentliches Merkmal von JetWeb ist die durchgängige Kommunikation von Ethernet innerhalb einer Maschine, der gesamten Produktion und in die Office-Welt. Alle Daten stehen transparent zur Verfügung, was insbesondere für die Datenverwaltung, Visualisierung und Wartung große Vorteile bietet. Im Rahmen der Diagnose kann der Anwender direkt in den Antriebsregler schauen und die Zustände in Echtzeit auslesen. Condition Monitoring erhöht die Anlagenverfügbarkeit. Mit JetSync wurde der Beweis angetreten, dass es möglich ist, Antriebe über Ethernet zu synchronisieren, ohne eine spezielle Hardware und mit standardkonformem UDP-Protokollen.

JetWeb Generation 2

Parallel dazu ist zusätzliche asynchrone (TCP/IP)-Kommunikation möglich, zum Beispiel für den Zugriff auf den Web-Server im Antrieb. JetSync nutzt ein Verfahren der Synchronisation von Uhren, bei dem der Zeitstempel im Ethernet-Treiber erfolgt. Die Technologie kommt unter anderem bei sehr großen Anlagen zum Einsatz, bei denen mehr als einhundert Achsen miteinander vernetzt werden. Durch die Verwendung von Multicast-Kommunikation können auch bei dieser sehr großen Anzahl von Achsen die Kurvenscheiben mit Ethernet-TCP/IP synchronisiert werden.

Mit JetWeb Motion Control bietet die Jetter AG eine Bahnsteuerung, die vollständig in das SPS-Steuerungssystem integriert ist. Die Bahnsteuerung wird mit derselben Software und Programmiersprache programmiert, mit der auch SPS-Funktionen und einfache Punkt-zu-Punkt-Positionierungen programmiert werden. Aktuell werden die dazugehörigen Antriebe noch mit CAN-vernetzt, was allerdings zu einer natürlichen Begrenzung der Achsanzahl und der Netzwerkausdehnung führt.

Mit der in diesem Frühjahr vorgestellten Steuerung JetControl 360 übernimmt Ethernet-TCP/IP auch diese Aufgabe und löst in einem weiteren Bereich klassische Feldbustechnologie ab. Seit dem Jahr 2001 verkauft die Jetter AG seine Ethernet basierte JetWeb-Steuerungen, ein Jahr später kamen auch die passenden Antriebsregler. Seit dieser Zeit werden nahezu alle Neuprojekte mit Ethernet realisiert. Dabei hat sich Ethernet auch im härtesten industriellen Umfeld bewährt, gerade wenn es um die Vernetzung von Antriebsreglern geht. Hier einige Beispiele:

- Bei der Produktion von Luftfiltern sind zwölf JetControl-Steuerungen über Ethernet über größere Distanzen miteinander vernetzt

- Bei Anlagen für die Gießharz- und Imprägniertechnik mit enger Verzahnung von Steuerungs-, Antriebs- und Prozesstechnik

- Prototyping im Feingussbereich mit JetControl 243-W als Kopfsteuerung, mit drei Servoantrieben und vernetzt über Ethernet-TCP/IP

- Produktionsanlagen für die Herstellung von Glasflaschen mit über einhundert via Ethernet synchronisierten Servoantrieben pro Maschine

- Intelligente Anlagen zur Fensterproduktion mit vernetzten Steuerungen JetControl 647, Verwaltung von bis zu 1 000 Ein-Ausgängen, 13 Servo-Achsen, 14 Frequenzumrichter, zwei Schrittmotoren und Datenbankanbindung

- Automatisierter Pendelaufzug für Pendel- Schlagwerke

Das sind Beispiele, bei denen die Vernetzung mit Ethernet essentieller Bestandteil des Maschinenkonzeptes ist.

Mit Gigabit Ethernet in die Zukunft

Ein wichtiger Grund, der schon immer für die Nutzung von Ethernet in der Steuerungs- und Antriebstechnik spricht, ist die Partizipation an der Weiterentwicklung der IT-Welt. Als sich Jetter 1998 an die Entwicklung der Ethernet-basierten Lösung JetWeb gemacht hat, waren 10 Mbit/s in der IT-Welt üblich und 100 Mbit/s stark im Kommen. Zu diesem Zeitpunkt musste man für einen 100 Mbit/s-Port bei einem Switch noch mit Kosten von achtzig Euro rechnen, heute sprechen wir nur noch von einigen wenigen Euros. Die ganzen Diskussionen um die Frage ob Ethernet auch für die Antriebstechnik nutzbar ist, basierten auf der Performance von Fast-Ethernet mit 100 Mbit/s.

Daraus sind dann auch herstellerspezifische beziehungsweise zum IT-Standard inkompatible Lösungen wie EtherCat, Profinet V3, Sercos 3 und Powerlink entstanden. In den Firmen und Gremien war man der Meinung, dass die Leistungsfähigkeit von Fast-Ethernet nicht ausreichend ist, um High-Speed-Anwendungen zu lösen. Bis diese Lösungen auf breiter Basis als Produkte am Markt verfügbar sind, sind diese durch die Weiterentwicklung in der IT-Welt schon wieder überholt. So kann Gigabit-Ethernet auf Standard-Kabeln betrieben werden und bietet die Leistungsfähigkeit und Bandbreite auch für anspruchsvolle Motion-Anwendungen.

Für alle Hersteller mit der Strategie Ethernet- TCP/IP in Soft- und Hardware eins zu eins aus der IT-Welt zu übernehmen, eine gute Nachricht. Sie bekommen die Leistungsfähigkeit von der IT-Welt geschenkt. Und der Anwender? Der begibt sich nicht in eine Sackgasse oder in die Abhängigkeit einer einzigen Lösung, wenn er bei der Systemauswahl auf IT-Kompatibilität achtet. Die Jetter AG hat ganz aktuell eine neue Steuerungsfamilie in den Markt eingeführt – JetWeb in der zweiten Generation.

Die neuen Steuerungen verfügen über einen integrierten Switch für eine Linienverdrahtung und für die Nutzung als Programmierschnittstelle im laufenden Betrieb. Die Baugröße mit einer Breite von 50 Millimetern ist bei allen Steuerungen gleich, ebenso die Programmierung. Die angebotenen Steuerungen JetControl 340, 350 und 360 bieten eine abgestufte Performance und können unterschiedliche viele Achsen steuern. Das Modell JetControl 360 verfügt über eine integrierte Bahnsteuerung und kann bis zu 64 Achsen steuern.

Ethernet ist die richtige Wahl

Die Erfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass die Jetter AG bei der Entwicklung der JetWeb-Technologie auf das richtige Pferd gesetzt hat – auf Ethernet-TCP/IP als durchgängiges Kommunikationsmedium. Dieser Entscheidung ist weltweit die gesamte Automatisierungsbranche gefolgt. Leider wieder einmal auch mit Lösungen, welche die IT-Standards verlassen haben und spezielle Hardware erforderlich machen.

Anwender sind klug beraten, wenn sie bei der Systemauswahl darauf achten lediglich 100 % IT-kompatible Lösungen einzusetzen. Denn nur mit solchen Lösungen steht die ganze Welt offen und man ist als Anwender nicht auf eine Lösung begrenzt. Nur so kann von der Weiterentwicklung der IT-Technologien direkt partizipiert werden – Gigabit-Ethernet lässt grüßen.

Martin Buchzwitz, Jetter AG

Erschienen in Ausgabe: 03/2008