Der Blitzfeldbus

Steuerungstechnik

Feldbusse – In einer riesigen Anlage steuert das Echtzeitprotokoll Powerlink 728 Achsen in einer Zykluszeit von nur 400 Mikrosekunden. Wie kann das so schnell und präzise gehen?

02. November 2011

Viele Laien können sich einen Feldbus nicht so richtig vorstellen. Dabei ist das Bild, Daten würden in einem Bus durch eine Anlage von einem Knoten zum anderen fahren, gar nicht so verkehrt. Und auch in der industriellen Kommunikation gibt es verschiedene Busmarken.

Powerlink zum Beispiel ist ein auf dem Ethernet-Standard basierendes Echtzeitprotokoll, das die Kommunikation unter Netzteilnehmern sehr schnell organisieren kann. Powerlink besteht aus zwei Schichten, dem Ethernet und dem, was Powerlink eigentlich auszeichnet, nämlich Operationen in Echtzeit ausführen zu können.

»Aus der Sicht eines Konstrukteurs geht es bei Powerlink im Endeffekt darum«, erklärt Stefan Schönegger, Business Manager Open Automation Systems bei B&R und Geschäftsführer der EPSG, »ein Maschinendesign, das er im Kopf hat, möglichst effektiv zu konstruieren. Dabei ist es wichtig, dass das Netzwerk flexibel ist und ihn bei der Umsetzung eines Maschinenkonzeptes durch ein optimales Netzwerk unterstützt.«

Durch Features wie Topologiefreiheit kann der Konstrukteur Powerlink so verkabeln, wie er die Maschine geplant hat. »Wenn es eine lange, schmale Maschine werden soll, dann kann er diese in einer Linie verkabeln, und wenn sich die Maschine verteilt, dann kann er die Verkabelung über einen Stern laufen lassen«, ergänzt Schönegger.

»Wir wollen mit Powerlink das höchste Haus der Welt bauen«, sagt er selbstbewusst. Dieses hat derzeit 728 Stockwerke, übertragen betrachtet, in der Realität sind es 728 Achsen, jede davon steht für eine Zone in den Lisim-Anlagen von Brückner Maschinenbau zur Herstellung von Kunststofffolie und wird separat von einem Umrichter angesteuert. Brückner setzt auf B&R Antriebstechnik, den Strom für die 728 Zonen der 65 Meter langen Maschine liefern 384 Ein- und Zweiachswechselrichtermodule in Verbindung mit 14 Acopos-Modulen zur Leistungsversorgung, die über Powerlink synchronisiert werden. Da die elektrische Leistung in langen Zonen größer sein muss als in kurzen Zonen, kommen B&R-Antriebstypen von 2,6 bis 22 Ampere mit einer Nennleistung von fünf Kilowatt zum Einsatz.

»Die bis dato von uns eingesetzte Antriebstechnik ist in die Jahre gekommen«, begründet Günter Oedl, Electrical Engineering Manager Automation and Development bei Brückner, den Wechsel zu B&R. »Durch den Einsatz von Acopos-Modulen in Kombination mit Powerlink konnten wir proprietäre Produkte durch kostengünstigere Standardlösungen ersetzen, deren Weiterentwicklung von allen Anwendern gefordert und finanziert wird.«

Powerlink erlaubt laut Oedl die präzise Synchronisation Hunderter Netzwerkknoten und bietet gleichzeitig einen hohen Datendurchsatz. »So ist es uns gelungen, die Zykluszeit auf 400 Mikrosekunden abzusenken und wir konnten umfangreiche Softwareteile aus den Antrieben in eine zentrale Antriebssteuerung verlagern. Dies vereinfacht Wartung und Pflege der Software spürbar.« Dank der kurzen Zykluszeit und des minimales Jitters von Powerlink kann Brückner die Zonen eng verketten und sie bilden dadurch ein homogenes Feld. Der Fehler liegt weit unter der geforderten Millisekunde.

Wie ist so ein Rekord möglich?

Aus diesem Beispiel ergibt sich die Frage: Wie haben es die Architekten von Powerlink geschafft, so hoch zu bauen? Stefan Schönegger erzählt: »Als wir Antriebstechnik mit Powerlink im Jahr 2000 auf den Markt gebracht haben, mussten wir uns von den anderen Anbietern differenzieren. Unser Ansatz war, eine High-End-Lösung bei gleichzeitig günstigen Kosten zu schaffen. Für uns war klar, wir wollten große Maschinen bauen. Damals hätten wir nicht zu träumen gewagt, dass in zehn Jahren 728 Achsen möglich sind, aber von 60 bis 70 synchronen Achsen haben wir sehr wohl gesprochen.«

Die Schnelligkeit von Powerlink erwachse zumeist aus Kleinigkeiten. »Ein Grund ist die Bandbreite durch das Ethernet, und ein weiterer die Möglichkeit, dass Produkte direkt miteinander kommunizieren können. Das erlaubt ein Mulitmaster-System, und damit kann ich die Intelligenz von Antrieben besser ausnutzen. Das ist auch beim Brückner-Projekt das Key-Feature gewesen.«

Die Einsatzfelder von Powerlink gehen quer durch Maschinenbau, Fabrikautomation und Prozesstechnik. »Powerlink ist im Einsatz und es gibt eigentlich keinen Grund mehr, es nicht einzusetzen«, bekräftigt Stefan Schönegger. Auch in kleinen Maschinen bestünde kein Kostennachteil mehr. »Wir sind kostenneutral zu einem klassischen Feldbus. Ob ein Maschinenbauer alle Vorteile nutzt und die Performance wirklich ausschöpft, liegt nur an seiner Kreativität.«

In Eggelsberg geistern bereits die berühmten tausend Achsen umher. Der B&R-Mann kann sich vorstellen, diese Zahl schon 2012 zu erreichen. Physikalische Grenzen seien bei Powerlink nicht ersichtlich. »Eher bringt man die Vorstellungskraft der Konstrukteure an ihre Grenzen. Wenn es komplexer wird, geht der Trend zu kleineren modularen Einheiten.«

Impulse für alle Entwicklungen bei Powerlink gibt die EPSG, die Ethernet Powerlink Standardization Group. »All das, was wir an Technologie entwickelt haben, ist in den Arbeitsgruppen dieser Nutzergemeinschaft entstanden. B&R ist einer der aktivsten Mitgestalter in der EPSG und größter Nutzer der Technologie«, umreißt Schönegger. Sein Ziel für die Zukunft ist, dass Powerlink den Innovationsvorsprung gegenüber den Marktbegleitern in den nächsten Jahren noch weiter ausbauen kann.

Auf einen Blick

-Echtzeitprotokoll auf Ethernet-Basis.

-Synchroner Datenaustausch in kürzesten Zykluszeiten.

-Rekord: 728 Achsen in 400 Mikrosekunden.

-Über 500.000 Maschinen und Anlagen im Feld.

-2.500 Maschinenbauunternehmen als Anwender setzen auf Powerlink.

-TCP/IP Unterstützung im asynchronen Kanal.

Erschienen in Ausgabe: 08/2011