Geburtstagsausgabe Mai 2007 - Thomas Industrial Media

42 Nr. 5 Mai 2007
Meilensteine Industrial Communication
Seit Beginn der Fließbandfertigung im 19. Jahrhundert hat sich die sequenzielle Produktion in alle Bereiche der modernen
Industrie ausgebreitet, denn die Vorteile in punkto Produktivität liegen auf der Hand. Aber was mit den Strategien
wie "Kanban" oder "Just in Time" perfektioniert wurde, funktioniert nur, wenn die verschiedenen Fertigungsschritte
reibungslos ineinander greifen.
Fortschritt in der Kommunikation -
durchgängig bis in die Feldebene
Autor: Guido Nelles, Marketing Manager Proximity Switches/Failsafe Sensors, Siemens AG Automation and Drives
Maßgeblich dafür ist die Kommunikation zwischen den verschiedenen Bearbeitungsstationen.
Mit dem neuen Standard IO-Link für die intelligente Anbindung von
Sensoren und Aktuatoren aus der Feld- bis in die Leitebene wird diese Durchgängigkeit
erreicht.
Fortschritt tut Not
Mit Einzug der elektronischen Automatisierungstechnik in den 70er und 80er Jahren
des vorigen Jahrhunderts stellte sich auch schnell die Frage, wie die verschiedenen
Automatisierungseinheiten in einer Produktion ebenso automatisiert kommunizieren
können. Nachdem zunächst Steuersignale zwischen den einzelnen Automatisierungseinheiten
noch über einzelne Binärkanäle ausgetauscht wurden, zeigten
sich schnell die Grenzen dieser Technik: Der Hardware-Aufwand wuchs proportional
mit dem Informationsbedarf,
die Kommunikationsstrukturen
waren unflexibel
und teuer. Zudem ließ jede
Verbindung den Informationsfluss
nur in eine Richtung zu.
Die Kommunikation ließ sich bereits
hier mit einem Blick in
die Bürokommunikation optimieren:
Hier hatten sich schon
serielle Punkt-zu-Punkt-Schnittstellen
etabliert, die auch die
Kommunikation in der Industrieautomatisierungerleichtern
konnten. Eine Schnittstel-
Eine typische Anlagenautomatisierung, die aus
verschiedenen Steuerungskomponenten besteht: nur
durchgängige Kommunikation bis in die Feldebene
ermöglicht volle Produktivität
le war für die bidirektionale
Übertragung einer flexiblen
Menge an Daten nutzbar. Für
eine einfache serielle Verbindung
zweier Kommunikations-
partner ist sie bis heute in Form von z. B."RS422" oder "RS232" als wirtschaftliche
und flexible Lösung nach wie vor wichtig. Allerdings hat sie bei der Vernetzung ganzer
Anlagen entscheidende Schwächen: Wenn bei einer Vermaschung jeweils eine
Anlageneinheit mit mehreren anderen kommunizieren soll, muss jede Verbindung
einzeln aufgebaut und projektiert werden. Mit der Anzahl der verschiedenen Verbindungen
steigen also auch die Aufwendungen. Außerdem sind die Verbindungen
aufgrund der verschiedenen Telegrammstrukturen inkompatibel. Daher lag in den
80er Jahren abermals mit einem Blick auf die Bürowelt der nächste Entwicklungsschritt
nahe: Die vernetzte Kommunikation über mehr als zwei Teilnehmer.
Der Weg zur Vernetzung
Zur Vernetzung mehrerer Teilnehmer zog Ethernet zunächst in die Leitebene ein.
Die Siemens AG führte für das Einsatzgebiet der speicherprogrammierbaren Steuerungen
Simatic S5 das auf Ethernet basierte Kommunikations-System Sinec H1 in die
Automatisierungstechnik ein und erleichterte und standardisierte damit den "industriellen"
Datenaustausch. Die Handhabung von speziellen zeitkritischen Prozessdaten
und Äquidistanz-Betrieb war aufgrund des Ethernet-typischen, nicht deterministischen
Kommunikationsverfahrens CSMA/CD noch nicht in jedem Anwendungsfall
möglich. Die wesentliche Anwendung von Ethernetbasierter Kommunkation fand
hierbei zwischen Leitebene und Steuerungen sowie zwischen übergeordneten
Steuerungen statt. Mit den zunehmenden Automatisierungsanteilen in der Industrie
stieg aber auch die Anzahl der Peripheriekanäle und mit ihnen der Verdrahtungsaufwand
zwischen den Sensoren bzw. Aktuatoren im Feld und den Peripherie-
Baugruppen im Schaltschrank. Was in der Leitebene seine Vorteile gezeigt hatte, musste
mit einem für den Feldbereich angepassten Kommunikationssystem auch dort funktionieren.
Mit dem Einzug der Feldbusse, wie Profibus DP, der technisch auf das Siemens-System
Sinec L2 zurückgeht, wurden die Peripherie der speicherprogrammierbaren
Steuerung dezentralisiert und die Kabelbäume schlanker. Mit einer Reduzierung
der Einzelverbindungen und einer transparenten Abbildung im Steuerungssystem
erwiesen sich die Bussysteme als zuverlässiger, wirtschaftlicher und einfacher
erweiterbar. Ihre Funktionalität wurde weiter auf die Belange der Automatisierung
angepasst: Kommunikationsmechanismen wurden geschaffen, womit deterministische
Prozessdaten und nicht-zeitkritische Projektierungsdaten parallel über einen
Bus übertragen werden können. Für den Austausch sicherheitsrelevanter Daten
wurden spezielle Protokolle entwickelt, die heute den Installationsaufwand für
die Realisierung fehlersicherer Anlagen optimieren. Auch für die Prozessautomation
wurde Profibus optimiert: Als Profibus DP steht der Feldbus hochperformant und eigensicher
in Kombination mit einer Ex-Barriere auch im explosionsgefährdeten
Umfeld zur Verfügung. Die direkte Anbindung von Prozess-Sensoren oder Aktuatoren
ohne eigene Stromversorgung wurde, auch für den Einsatz im Ex-Bereich, mit
Profibus PA realisiert, auf den die Kommunikation von Profibus DP über einen
Koppler lediglich adaptiert werden muss. Ebenso wurden sowohl Ethernet als auch
Profibus durch entsprechende Netzkomponenten für den redundanten Einsatz in Anlagen
aufgewertet, die hochverfügbar betrieben werden müssen. Zuletzt wurde auch
das Thema Ethernet in Form von Profinet für den harten Echtzeit-Einsatz im Feldbereich
aufgerüstet. Mit der Echtzeitfähigkeit, einem Safety-Profil, und Netzwerkkomponenten,
die zudem eine Netzwerkdiagnose unterstützen, verbindet Profinet
die Vorteile eines flexibel einsetzbaren und erweiterbaren Feldbusses mit denen einer
leistungsfähigen Ethernet-Kommunikation. Durch Anwendung der Basistechnologie
Ethernet für die Industrielle Kommunikation konnte das Produktspektrum auch
auf die Wireless-Kommunikation im industriellen Umfeld erweitert werden und damit
neue Anlagenkonzepte und Topologien ermöglichen.
Der Lückenschluss
Bei einem Blick auf eine heutige Automatisierungsstruktur stellt sich so ein breites,
heterogenes Kommunikationsgebilde dar: Ob Projektierungsstation oder Bedien-Panel,
ob speicherprogrammierbares Leitsystem oder dezentrale Peripherie-Station: Alle
Komponenten sind entsprechend ihren Kommunikationsanforderungen über einen
speziellen Kommunikationsweg mit dem Rest der Anlage vernetzt, mit einer Ausnahme:
Feldgeräte, also Sensoren und Aktuatoren, werden bis heute über einfache
binäre oder analoge Signale mit den Ein- und Ausgangsbaugruppen verbunden. Dabei
werden diese Schnittstellen den modernen Feldgeräten nicht mehr gerecht, da
sie zumeist zu Einstell- oder Diagnosezwekken
mit einer eigenen Intelligenz ausgerüstet
sind, die mangels Kommunikationsfähigkeit
der Schnittstelle nur direkt am Gerät
verfügbar ist. Folge ist, dass z. B. nach
einem Austausch das neue Gerät neu parametriert
werden muss. Oder bei einem Fehler
am Gerät muss ggf. die Anlage nach
einer Fehleranzeige eben vor Ort am Gerät
abgesucht werden, was erhebliche Stillstandszeiten
verursachen kann.
Um auch die volle Funktionalität der Feldgeräte
unter Beibehaltung der bewährten
Topologien anlagenweit abzubilden und die
Vorteile der überlagerten Strukturen auch
hier nutzen zu können, wurde schließlich von
einem Konsortium der führenden Hersteller
der Automatisierungstechnik innerhalb
der Profibus Nutzerorganisation das Projekt
IO-Link gestartet, das derzeit einen neuen
Standard für die intelligente Anbindung von
Sensoren und Aktuatoren an die vorhandene
industrielle Kommunikationslandschaft
erarbeitet.
Für jeden das Passende
Im Sinne der maximalen Verfügbarkeit der Anlage und der durchgängigen Datenhaltung
für die Projektierung und Diagnose bieten funktioneller vernetzte Strukturen
eine immer höhere Produktivität. Damit der Datenfluss vom Sensor bis zur Leitebene
aber kontrollierbar bleibt, muss für den individuellen Kommunikationsbedarf
aller Geräte die passende Anbindung zur Verfügung stehen: Deterministisch oder
performant, hochverfügbar oder sicherheitsgerichtet. Bei alldem bleibt die Anforderung,
dass jede Verbindung aufwandsarm projektiert werden muss. Um diesen Aufwand
zu minimieren, muss das gesamte Automatisierungssystem eine integrierte Projektierung
bieten. Mit der einzigartigen Durchgängigkeit von "Totally Integrated
Automation" zeigt Siemens, wie die dargestellte Integration von Kommunikations-
Schnittstellen zu höherer Wirtschaftlichkeit bei Projektierung, Betrieb und Instandhaltung
einer Anlage führt.
Siemens Automation and Drives
Fax: +49-(0)911-978-3282
SLI: Weitere Infos zu 14932 über www.tim-info.com/tr
Die intelligente Anbindung von Sensoren
und Aktuatoren über IO-Link ermöglicht
die durchgängige Kommunikation
von prozessrelevanten Daten
bis in die Leitebene.