Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2024

Kommunikation
Direkte Anbindung an die IT mit SPE:
Produktionsautomatisierung
mit smarten Sensoren
Wenn heutzutage neue Produktionsanlagen
errichtet werden, so
ist es eine Selbstverständlichkeit,
dass diese Systeme vernetzt und
im Sinne der Automatisierungspyramide
von Industrie 4.0 auch direkt
aus der IT gesteuert werden können.
Bei umfangreicheren Neuprojekten
(Greenfield) sorgt dabei
meist OPC UA für die Verbindung
und Kommunikation der einzelnen
Ebenen untereinander.
In den Schichten oberhalb der
Feldebene erfolgen dabei Vernetzung
und Kommunikation seit jeher
über Ethernet und das IP-Protokoll,
während innerhalb der Steuerung
selbst und zur Anbindung einzelner
Sensoren auch heute noch teilweise
analoge Leitungen und Feldbusse
verwendet werden. Damit ist aber
nach wie vor ein direkter Zugriff auf
viele Sensor- und Aktuator werte
nur dann möglich, wenn dies explizit
als Funktion des Systems implementiert
ist.
Problematische Vernetzung
von Altsystemen
Bei vielen Altsystemen (Brownfield)
gibt es sogar überhaupt
keine Möglichkeit, halbwegs zeitnah
auf Sensordaten zugreifen zu
können. Viele neue Verfahren zur
Produktions- und Kostenoptimierung
wie etwa digitale Zwillinge
und vorausschauende Wartung
(„predictive Maintenance“) benötigen
aber regelmäßige Informationen
über den jeweils aktuellen
Zustand der Maschine im Betrieb.
In der Praxis bedeutet dies, dass
entweder zusätzliche Sensoren
eingesetzt oder vorhandene Sensoren
rückwirkungsfrei ausgelesen
werden müssen. Hierzu gibt
es schon viele Konzepte, wie etwa
spezielle Gateways oder den grundsätzlichen
Einsatz von smarten,
direkt auslesbaren Sensoren. Um
Zukunftssicherheit gewähren zu
können, müssen solche Konzepte
auf offenen Standards basieren
und auch lange Sensor leitungen
bei gleichzeitig hohen Datenraten
unterstützen.
SPE: Ideal für direkte
Sensoreinbindung
Beide Anforderungen erfüllt
Single Pair Ethernet (SPE) in geradezu
idealer Weise. Das Medium
ist kostengünstig und dank dünner
Kabel und kleiner Biegeradien
auch nachträglich leicht zu verlegen.
Selbst mit einfachen, ungeschirmten
Datenleitungen wie etwa Telefonkabeln
oder „Klingeldraht“ sind
hier in der Praxis Segmentlängen
von 100 Metern und mehr zu erreichen,
und dies bei Datenraten von
bis zu 100 Mbit/s (100Base-T1).
Bild 1 zeigt einen Demonstrationsaufbau
für eine Distanzmessung
mit einer weit entfernten Messtelle,
einem zusätzlichen periMICA embedded
Edge Computer und einem
iPad zur Visualisierung der Messergebnisse.
Wann ist ein Sensor smart?
Generell reagieren Sensoren auf
eine Änderung der zu messenden
Größen (Temperatur, Druck, Abstand,
etc.) mit der Änderung einer elektrischen
Größe wie etwa ihrem
Widerstandswert. Zur Nutzung in
der IT muss dieser Wert aber erst
Perinet GmbH
www.perinet.io
Bild 1: Demonstrationsbeispiel:
Kommunikation zwischen einem über 100 m entfernten Distanzsensor und einer Signalleuchte
34 Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2024