Kommunikation der Zukunft schon heute

Titel

Kommunikationstechnik – Kommunikationstechnik von HMS dient als Fundament für das Industrial Internet of Things und Industrie 4.0 und bietet Anwendern die Basis für eine zukunftsfähige Datenkommunikation.

18. August 2015

Das Industrial Internet der Dinge (IIoT) und sein Äquivalent Industrie 4.0 sind heute in aller Munde. Doch was bedeuten diese Schlagworte wirklich oder genauer gefragt, was müssen Automatisierungsgerätehersteller beachten, um ihre Geräte wirklich zukunftsfähig zu machen?

Für Michael Volz, Geschäftsführer des Kommunikationsspezialisten HMS Industrial Networks GmbH Deutschland, ist eines in jedem Fall klar: »In der modernen Fertigung werden Kommunikationsschnittstellen zu einer Schlüsselfunktion. Datenvolumen und -geschwindigkeit steigen rasant und Security spielt eine immer wichtigere Rolle.« Darum müssten zukunftsfähige Automatisierungskomponenten von heute sowohl bewährte industrielle Feldbus- und Industrial-Ethernet-Netzwerke für die Prozessdatenübertragung als auch TCP/IP-basierte Protokolle der IT-Technik unterstützen.

»Die Herausforderung für Gerätehersteller liegt darin, alle Kommunikationsfunktionen über eine einzige leistungsfähige Schnittstelle abzuwickeln«, sagt Michael Volz. Geräte, die diese Forderungen erfüllen, seien gut gerüstet für die Zukunft mit Industrie 4.0 und dem industriellen Internet der Dinge. »Wir bei HMS haben den Trend früh erkannt und stellen mit der vierten Generation der Anybus- Kommunikationstechnologie, bei uns 40er-Serie genannt, jetzt eine extrem schnelle und zugleich flexible Lösung zur Einbindung von Automatisierungsgeräten in moderne, industrielle Kommunikationsnetze vor.«

Schnelle Protokolle an Bord

Die Anybus 40er-Serie unterstützt dabei über eine einzige Kommunikationsschnittstelle schnelle Ethernet-basierte Real-Time-Protokolle wie Profinet IRT, Ethernet/IP, Ethercat oder Powerlink und führt darüber hinaus – quasi simultan – auch IT-Funktionen wie Zugriffe auf geräteinterne Webseiten durch oder übertragen Diagnose- und Qualitätssicherungsdaten über TCP/IP-basierte IT-Protokolle.

Ähnlich wie Fernseher mit HD-ready-Funktion werden Automatisierungsgeräte mit Anybus-Kommunikationstechnik der 4. Generation sozusagen IIoT-ready. Gerätehersteller sollen damit für die weitaus höheren Anforderungen der Zukunft gerüstet sein und im Vergleich zu Eigenentwicklungen bis zu 70 Prozent der Entwicklungskosten sparen. Zudem kann auch die Time to Market beträchtlich sinken.

Problematisch war bisher die so genannte »letzte Meile«. Darunter versteht man in der Automatisierungstechnik die Strecke zwischen der Steuerung und ihren untergeordneten Feldgeräten. In den Anfangszeiten der Bussysteme wurden auf der letzten Meile fast nur Prozessdaten von Ein- und Ausgängen über Feldbusse ausgetauscht. Auch die Datenmenge war damals noch überschaubar.

Heute bieten moderne Kommunikationsnetzwerke die Möglichkeit, auf dieser Strecke simultan zur Echtzeit-Prozessdatenübertragung auch IT-Daten sowie sichere E/A-Signale über ein und dasselbe Kabel zu übertragen. »Integrierte Zwei-Port-Switche vereinfachen die Installation und erhöhen die Verfügbarkeit der Anlagen dank integrierter Redundanzmechanismen« ergänzt Michael Volz.

Auch wenn die für den Anwender nutzbaren Funktionen der einzelnen Bussysteme sehr ähnlich sind, haben die Busprotokolle im Detail wenig gemeinsam. Da es den einen übergreifend gültigen Standard auch weiterhin nicht gibt, setzen Gerätehersteller zunehmend auf Multiprotokollschnittstellen.

»Mit unseren Anybus-Schnittstellen können die Anwender ihre Geräte jetzt mit der ganzen Vielfalt der industriellen Netzwerke verbinden«, sieht der Geschäftsführer einen großen Nutzen für die Praxis.

Für große Datenmengen

Die 4. Generation der Anybus CompactCom-Serie unterstützt alle führenden industriellen Netzwerke, sie eignet sich aber besonders für Industrial Ethernet im High-End-Bereich, für TCP/IP-basierte Applikationen mit großen Datenmengen sowie für Feldbusanwendungen mit schnellen Netzwerkzyklen.

Die Schnittstellenmodule basieren auf dem von HMS selbst entwickelten Anybus NP40-Multiprotokollchip. Anybus-CompactCom-Kommunikationsschnittstellen gibt es als Embedded Modul-, Brick- oder Chip-Lösung. Da die neue Serie praktisch keine Verzögerung zwischen Applikation und Netzwerk hat, eignet sie sich auch für hoch performante, taktsynchrone Applikationen wie Servo-Antriebe.

Egal, für welche Bauform sich der Anwender entscheidet, die Software-Schnittstelle zwischen dem Anybus-Kommunikationsinterface und dem Applikationsprogramm des jeweiligen Automatisierungsgerätes ist immer gleich und weitestgehend unabhängig vom jeweils eingesetzten Busprotokoll.

Michael Volz: »Bei der 4. Generation der Anybus-Technologie konnten unsere Entwickler die integrierte standardisierte Software-Schnittstelle hinsichtlich Datendurchsatz, Netzwerkunabhängigkeit und einfacher Integration in die Gerätesoftware nochmals stark optimieren.«

Durch zwei klar getrennte und voneinander unabhängige Kanäle trage HMS dem Thema Security so bereits auf unterster Ebene Rechnung. Für die absolut taktsynchrone Übertragung aller E/A-Daten nutzt das Unternehmen einen dreifach gepufferten Prozessdatenkanal. IT-Funktionen und Parameter werden bei der Anybus 40er-Serie über einen Messaging-Kanal mit bis zu 1.524 Byte großen Datenbereichen übertragen.

Gerätehersteller kommen am schnellsten mit dem einbaufertigen, in sich gekapselten Modul zum Ziel. Die komplette Hard- und Software der Kommunikationsschnittstelle einschließlich der Steckverbinder ist auf einem kompakten Elektronikmodul integriert, das in einem entsprechend vorbereiteten Steckplatz im Automatisierungsgerät eingesteckt wird.

Die Anybus-Brick-Module hingegen lassen dem Entwickler mehr Freiheitsgrade bei der Auswahl der Steckverbinder und der Positionierung des Moduls im Automatisierungsgerät. Hersteller, die ihre Geräte in sehr hohen Stückzahlen fertigen und daher oft auf Modularität verzichten, können schließlich auch den NP40-Chip gemeinsam mit den passenden Software-Stacks lizensieren und so die Anybus-Kerntechnologie nahtlos in ihre Geräteelektronik integrieren. Die HMS Solution Center realisieren auch individuelle Ausführungen nach Kundenanforderung.

Breite Vielfalt ist wichtig

In der Welt der Industrie-Kommunikation wird es immer Neuerungen geben, aber auch langlebige, optimal auf eine spezielle Lösung ausgerichtete Bussysteme. Für eine wirklich zukunftssichere Investition ist daher vor allem eine breite Vielfalt an Kommunikationstechnik wichtig, um Zukunft und Vergangenheit zu verknüpfen.

Für Michael Volz erfordert der Schritt zu Industrie 4.0 noch mehr: »Teamwork ist gefragt, Kommunikation über die Grenzen der Bussysteme hinweg und eine schnelle Einbindung in Systeme, die die eigentliche Produktion und Planungsebene optimal koordinieren. Ein sinnvoller Weg dahin ist eine skalierbare Leistungsauswahl mit einer flexiblen Kommunikationsschnittstelle, wie sie unsere Anybus CompactCom 40er-Serie eindrucksvoll bietet.«mk

Anwendungsbeispiel

Roboterzelle im Automobilbau

Eine Robotersteuerung gibt zum Beispiel per Profinet kurze Befehle in harter Echtzeit aus, um die einzelnen Komponenten der Anlage punktgenau zu dirigieren und möglichst kurze Produktionszyklen einzuhalten. Auf Basis dieser Konstellation läuft die Produktion problemlos.

Als zweite Ebene muss aber heute auch die Qualitätssicherung über den Fertigungsprozess Bescheid wissen.

Während es genügt, zu dessen Steuerung wenige Steuersignale schnell über Profinet zu übertragen, um etwa eine Schweißzange anzusetzen, zu schweißen und zu lösen, benötigt die Qualitätssicherung alle relevanten Daten dieses Prozesses, wie Spannung, Position und Stromverlauf an den Elektroden über die Zeit. Das summiert sich auf stattliche Datenmengen, die nicht in Echtzeit, aber vor Beginn des nächsten Schweißvorgangs sicher übertragen werden müssen.

Darüber hinaus fallen zusätzliche Daten für die Visualisierung am Bedienterminal an sowie für die Möglichkeit, Programme der beteiligten Komponenten bei Änderungen des Produktionsprozesses in der Roboterzelle aktualisieren zu können. So ist im Konzept von Industrie 4.0 vorgesehen, um eine Fertigung bis hinab zur Serienstückzahl 1 rationell durchführen zu können.

Schlussendlich sollen über dasselbe Netzwerk auch noch die sicheren Profisafe-E/A-Signale übertragen werden. Alle Kommunikationsfunktionen der Schweißsteuerung erfolgen über eine einzige Kommunikationsschnittstelle. So wird Industrie 4.0 mit dem Ziel eines individualisierten und dennoch effizienten Produktionsprozesses bis hin zur Losgröße 1 Realität.

Erschienen in Ausgabe: 06/2015