Zunehmender globaler Wettbewerb macht weder vor Maschinen- und Anlagenbauern noch vor den fertigenden Betrieben halt. Dem hohen Kostendruck wird immer intensiver mit der Senkung der Total Cost of Ownership begegnet. Dabei werden Fernwartung, Condition Monitoring und Asset Management zu wichtigen Einflussfaktoren – die Steigerung der Maschinen- und Anlagenverfügbarkeit und die Reduzierung der Wartungskosten sind zielführende Größen. Nur Konzepte, die Sensorik und Aktuatorik voll einbeziehen und Diagnose- und Zusatzinformationen aus diesen Geräten verwerten, haben mittel- und langfristig noch Marktchancen. Die Kommunikation zwischen Steuerung und Sensorik/Aktuatorik wird zum Schlüsselfaktor in modernen Anlagen. AS-Interface, CompoNet und IO-Link sind drei Vertreter für solche Aufgaben. Die beiden letzteren können dabei für sich in Anspruch nehmen, derzeit die einzigen neuen, industriellen, nicht-Ethernet-basierten Kommunikationstechnologien zu sein, die viel Aufmerksamkeit bei Anwendern und Herstellern gefunden haben.
Orientierungshilfe
Im Forum Factory Automation der Hannover Messe 2007 wurden in der vom Interbus Club Deutschland organisierten Podiumsdiskussion \’Durchgängige Kommunikation bis in den Sensor – Wie überwinde ich die letzte Meile\‘ die Vorteile und Besonderheiten der einzelnen Lösungen erörtert. Im Folgenden werden (in alphabetischer Reihenfolge) die drei Technologien vorgestellt und ein Überblick über in Hannover gezeigte Neuheiten gegeben.
AS-i oder Eulen nach Athen tragen
Wer kennt es nicht, das gelbe Flachbandkabel, das insbesondere im Maschinenbau und in der Fertigungsautomation, aber auch in der Prozessautomation die Anbindung von Aktuatoren und Sensoren an die Steuerung über AS-Interface kennzeichnet. Bis Ende 2006 waren über 13Mio. AS-i-Geräte im Feld installiert, mehr als 280 Hersteller produzieren AS-i-Geräte, es gibt über 1.000 zertifizierte Geräte. Angefangen hat es 1990, als die Firmen Balluff, Baumer, Elesta, Festo, ifm electronic, Leuze electronic, Pepperl+Fuchs, Sick, Siemens, Turck und Visolux ein System zur Vernetzung von Sensoren und Aktuatoren initiierten. 1994 war AS-Interface dann einsatzbereit. Das Master-Slave-System erlaubt die Anbindung von bis zu 62 Slaves an einem zweiadrigen Kabel, das Daten und Energie überträgt. AS-Interface-Telegramme sind einfach strukturiert und haben eine feste Länge, sie werden zyklisch und damit streng deterministisch übertragen. In jedem Zyklus werden vier nutzbare Datenbits zwischen dem Master und jedem Slave ausgetauscht. Umfangreichere Daten wie Analogwerte oder Geräteparameter werden mit entsprechend spezifizierten Profilen selbsttätig auf mehrere Übertragungszyklen verteilt. Die Zykluszeit bei Vollausbau eines Systems mit 62 Slaves beträgt etwa 5ms, was den Anforderungen der meisten Automatisierungssysteme an Echtzeitverarbeitung genügt. Mit \’Safety at Work\‘ hat AS-Interface ein Sicherheitskonzept entwickelt, das die volle Integration von sicherheitsgerichteten Komponenten in das System ermöglicht. Bei der Einbindung von Safety at Work sind keine Änderungen im Steuerungskonzept erforderlich. Standard- und Sicherheitsaufgaben werden auf der gleichen Leitung ohne Einschränkung wahrgenommen. Das Übertragungsprinzip von AS-i Safety at Work erfüllt die Anforderungen von SIL 3 (Safety Integrity Level 3) der IEC61508 bezüglich der Übertragungssicherheit. Mit dem Evolutionsschritt Step 3 bei Safety at Work wurde die Einbindung sicherer Aktuatoren und ein Leistungs-Upgrade der Konfigurations- und Diagnose-Software erreicht (Bild 1). Außerdem ist die Kopplung sicherer AS-i-Netze jetzt erheblich einfacher als bisher realisierbar. Diese Option sorgt vor allem im Bereich der Fördertechnik für signifikanten Mehrwert. So kann dann auch Rolf Becker, Geschäftsführer der AS-International Association, zufrieden auf das Jahr 2006 zurückblicken: \“Als besondere Highlights des Jahres 2006 sehe ich auf der technischen Seite unseren Step 3 bei Safety at Work und auf der vertrieblichen Seite unsere Erfolge auf dem japanischen Markt. Japan ist inzwischen der zweitgrößte Markt für AS-i nach Deutschland. Diese Erfolge motivieren und treiben uns zu neuen Leistungen an: Nie zuvor war die Pipeline von AS-i so prall gefüllt mit Innovationen, nie zuvor war das Anwendungsspektrum so breit und facettenreich wie heute.\“
CompoNet oder: Die fernöstliche Initiative
\“Der japanische Markt hat sich nach einem Hochgeschwindigkeits-Sensor- und Aktuatornetzwerk gesehnt, das fortgeschrittene Konfigurations- und Diagnostikfähigkeiten vereinigt\“. So steht es in einer Pressemitteilung der ODVA, der Open DeviceNet Vendor Association. Tatsächlich hat Omron die Initiative ergriffen und entwickelt im Rahmen der ODVA als Ergänzung zur Familie der CIP-Netzwerke (CIP = Common Industrial Protocol, wird bisher von DeviceNet, ControlNet und EtherNet/IP genutzt) mit CompoNet ein Netzwerk auf Bit-Ebene. CompoNet soll Datenpakete zwischen Steuerungen und Sensoren/Aktuatoren schnell, kostengünstig und mit einfach zu installierender Technologie übertragen und damit eine Lücke am unteren Ende der ODVA-Netzwerke schließen. Nachdem die neue Technologie zunächst unter dem Namen \’CipNet SA\‘ angekündigt wurde, schwenkte die ODVA dann im April 2006 auf \’CompoNet\‘ um. Die erste Ausgabe der Spezifikation wurde im Februar 2007 veröffentlicht. CompoNet ist ein Steuerungsnetzwerk, das schnelle Reaktion mit einfacher Installation und intelligenter Kommunikation verbindet. Durch Anpassung des CIP-Protokolls für eine robuste physische Schicht wurde ein Netzwerk entwickelt, das sich für die maschineninterne Steuerung sowie die verteilte Installation von E/A-Stationen in Bitgröße über große Bereiche hinweg eignet (Bild 2). Neben einer E/A-Kapazität von bis zu 384 Slaves und einer garantierten Zykluszeit von weniger als 1ms bei 1.000 digitalen E/A-Punkten bietet CompoNet auch eine Meldungsübertragung zur Konfiguration und Überwachung komplexerer Feldgeräte. Als Netzwerkkabel kann für Entfernungen bis zu 500m ein ungeschirmtes, paarweise verdrilltes 0,75mm²-Kabel verwendet werden. Diese Entfernung lässt sich mit Verstärkern auf 1.500m ausdehnen. Zur schnellen und fehlerfreien Verdrahtung wurde ein Vierleiter-Flachbandkabelsystem entwickelt, über das auch die E/A-Spannungsversorgung der Slaves erfolgt und das eine Verdrahtung mit uneingeschränkter Topologie ermöglicht – als IP20-Basisausführung, jedoch auch mit der Schutzklasse IP54, die Netzwerkverzweigungen auch in staubigen oder feuchten Umgebungen ermöglicht. \“CompoNet wird den Nutzern ein Netzwerk bieten, das einfach zu konfigurieren und zu warten ist und über umfassende, eingebaute Fehlererkennungsfunktionen verfügt. Immer wenn viele Sensoren und Aktuatoren im Spiel sind, wird der Aufwand zur Verkabelung zu einem wichtigen Kostenfaktor. CompoNet bietet eine schnelle und einfache Installation und verwendet kostengünstige, flache Netzwerkkabel\“, sagt Katherine Voss, Geschäftsführerin der ODVA. Und obwohl nennenswerte Aktivitäten bisher fast ausschließlich von Omron ausgehen, erwartet sie optimistisch bis Ende 2007 etwa 20 bis 30 Firmen, die CompoNet-Produkte herstellen – man darf gespannt sein.
