Im Unterschied zu anderen Ethernet-basierten Netzwerken nutzt Ethernet/IP in unveränderter Form die gleichen Ethernet- und TCP/IP-Standards wie E-Mail, Internet und andere kommerzielle und geschäftliche Protokolle. Anwender können so ihre Maschinen und Achssteuerungs-Applikationen nahtlos an die Produktions- und Geschäftssysteme ihrer Anwender anschließen. Außerdem ermöglicht es dem Maschinenbau und den Anwendern, die im kommerziellen und geschäftlichen Bereich üblichen Technologien – von Routern, Switches und Kameras bis zur Video- und Sprachkommunikation sowie die Telefonie – zu nutzen. Schließlich öffnen sich für die Maschinenbauer neue Chancen, durch den sicheren Fernzugriff über die standardmäßige Geschäftsinfrastruktur der Anwender Dienstleistungen zur Wertschöpfung anzubieten. Ein offenes Netzwerkprotokoll ermöglicht Anbietern die Entwicklung kompatibler Produkte; das erleichtert die Programmierung und die Einbindung in neue und bestehende Systeme. Mehr als 250 Anbieter liefern heute über 850 Produktlinien, und es existieren bereits mehrere Millionen installierter Geräte auf der Basis von Ethernet/IP. Maschinenbauer können so eine kontinuierlich wachsende Palette von Produkten per Ethernet/IP in ihre Applikationen integrieren. Die Liste reicht von üblicherweise vernetzten Geräten wie E/As und Bediengeräten (Human Machine Interfaces – HMIs) bis hin zu Robotern und Bildverarbeitungssystemen sowie kleineren Geräten (z.B. Feedback-Sensoren). Ein Netzwerk – zwei Aufgabenbereiche Über die Jahre haben die Maschinenbauer den Einsatz von Ethernet auf alle Bereiche ausgedehnt, die einst von traditionellen Feldbussen beherrscht wurden. Das begann bei den Informationssystemen, erfasste dann die Bereiche E/A-Steuerung und Sicherheit und hat inzwischen die integrierten Achssteuerungen erreicht. Um den Bereich der Achssteuerungen abzudecken, hat die ODVA die CIP-Spezifikation durch CIP Motion und CIP Sync ergänzt. CIP Sync ist eine zur Zeitsynchronisation dienende Ergänzung zu CIP. Sie beruht auf der IEEE-Norm 1588 (Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems) und ist zu dieser Norm auch vollständig konform. CIP Sync verbessert die Steuerungs-Koordination wie sie beispielsweise für anspruchsvolle Ereignis-Ablaufsteuerung, dezentrale Achssteuerungen und weitere stark dezentralisierte Applikationen, in denen eine absolute Zeitsynchronisation unerlässlich ist, benötigt wird. Mithilfe dieser Technologie lässt sich unter Verwendung unveränderter, standardmäßiger Ethernet-Hardware eine auf 100ns genaue Synchronisation erreichen. Mit CIP Motion ist über das standardmäßige, unmodifizierte Ethernet-Konzept von Ethernet/IP die deterministische, geregelte Echtzeit-Achssteuerung möglich. Durch CIP Sync ergänzt, können mehrere Achsen für präzise, koordinierte Achssteuerungs-Applikationen koordiniert werden. Da CIP Motion mit Zeitstempel versehene Daten und ein einfaches Timing-Modell nutzt, sind strikte Synchronisationsanforderungen zwischen Antrieb und Steuerung überflüssig. Die Echtzeit-Datenwerte werden vom Endgerät zu dem Zeitpunkt angepasst, zu dem die Daten angewandt werden. Daher muss der Netzwerkverkehr nicht streng vorausgeplant werden. CIP Motion bietet damit eine offene und breitbandige Lösung für mehrachsige, dezentrale Achssteuerungen. Durch die Ergänzungen bei der Achssteuerung können Frequenzumrichter- und Servoantriebslösungen an Maschinen mit einer einzigen, durchgängigen Netzwerkarchitektur eingesetzt werden. Der Servoantrieb Allen-Bradley Kinetix 6500 und der Frequenzumrichter PowerFlex 755 von Rockwell Automation beispielsweise bieten integrierte Achssteuerungsfunktionen über Ethernet/IP. Gestützt auf konventionelle Ethernet- und IP-Technologie werden damit geregelte oder ungeregelte Antriebssteuerungen möglich. Damit können Maschinenbauer beide Antriebsarten gemeinsam an einem standardisierten, unmodifizierten Netzwerk einsetzen. Netzwerktopologien: weg mit den Beschränkungen Viele Netzwerke sind aufgrund ihrer Beschränkungen hinsichtlich der Netzwerk-Topologie begrenzt. Ein Ethernet/IP-Netzwerk mit Ethernet/IP-Antriebshardware dagegen gibt den Maschinenbauern die Möglichkeit, jede denkbare Ethernet-Topologie zu realisieren. Zusätzlich verfügen viele Ethernet/IP-Produkte über eingebaute Dual-Port-Switch-Funktionalität, sodass eine lineare (Daisy Chain) oder eine Device-Level-Ring-Topologie (DLR) ohne externen Switch implementiert werden kann. Die DLR-Topologie steigert die Installationsflexibilität und bringt die für schnelle und leistungsfähige Applikationen erforderliche Widerstandsfähigkeit mit. Sobald eine DLR-Struktur eine Unterbrechung im Ring erkennt, wählt sie einen alternativen Laufweg für die Daten, um die Funktionsfähigkeit des Netzwerks wiederherzustellen. Das geht schnell und dauert beispielsweise bei einem Device-Level Ring mit 50 Knoten weniger als 3ms, sodass die betreffende Maschine ohne Unterbrechung weiterarbeitet. Überdies stehen Diagnoseinformationen zur Verfügung, mit denen sich die Störung zur raschen Behebung zielsicher einkreisen lässt. Integrierte Achssteuerungen setzen sich weiter durch Durch die Integration von Servo- und Frequenzumrichterantrieben in ein und demselben Netzwerk bieten sich für Applikationen mit integrierter Achssteuerung ein breiteres Leistungsspektrum sowie eine umfangreichere Palette an Geräteoptionen. Maschinenbauer können Achssteuerungen mit anderen üblicherweise vernetzten Geräten wie E/A-Einheiten, Waagen, Temperaturreglern, Bildverarbeitungssystemen, Robotern und HMIs verbinden. Außerdem lassen sich ihre Applikationen durch eine Vielzahl von rotierenden Motoren und Linearmotoren vervollständigen, sodass für jeden Anwendungsfall die passende Lösung realisiert werden kann. Insbesondere steht den Maschinenbauern für alle Motorregelungstechnologien eine einheitliche Umgebung für Programmierung, Konfiguration und Kommissionierung zur Verfügung. Vereinfachte Konfiguration, dennoch individuell angepasst Die Einbindung von Achssteuerungsfunktionen in Ethernet/IP verschlankt die Konfiguration. Zum Konfigurieren müssen lediglich die Katalognummern von Antrieb, Motor und Aktor eingegeben werden. Sämtliche Konfigurationsparameter werden anhand dieser Nummern und der gewählten Betriebsarten automatisch eingestellt. In den meisten Fällen sorgen die voreingestellten Parameter bereits für einen optimalen Maschinenbetrieb, ohne dass weitere Maßnahmen nötig sind. Dennoch haben die Anwender mit integrierten Kommissionierungswerkzeugen wie Auto Tune und Manual Tune die Möglichkeit, die Konfigurationsparameter individuell anzupassen. Konfigurationsparameter und Firmware-Updates werden nach dem Einschalten und bei jedem Ersatz eines Geräts automatisch geladen. Fortschrittliche Programmierunterstützung Die Ethernet/IP-Integration von Frequenzumrichter- und Servoantrieben bietet den Zugriff auf eine einheitliche Palette an Achssteuerungsfunktionen. Für beide Antriebsarten werden Punkt-zu-Punkt-Bewegungen, Mehrachsen-Getriebe, Positions- oder Geschwindigkeits-Kurvenscheiben, Mehrachsen-Interpolation und Kinematik unterstützt. Es ist jetzt einfacher, höhere Positionierfunktionen zu programmieren und auszuführen. Eine weitere neue, gemeinsam nutzbare Ressource sind wiederverwendbare Codeobjekte, sogenannte Add-On Instructions (AOI). Sie verkürzen die Projektentwicklungszeit und erhöhen die Einheitlichkeit. AOIs geben Maschinenbauern die Möglichkeit, häufig benötigte Logik in immer wieder verwendbaren Instruktionen zusammenzufassen. Werden Frequenzumrichter- und Servoantriebe an ein und dasselbe Ethernet/IP-Netzwerk angeschlossen, können Maschinenbauer die von ihnen erstellten standardisierten Bibliotheken für die gemeinsame Programmierung zusammenführen. Wartungsfreundliche Maschinen mithilfe der Diagnosefunktionen Eine geringere Zahl an Netzwerken erleichtert die Wartung der Maschinen, Ethernet/IP stellt außerdem Diagnose- und Störungsbeseitigungsfähigkeiten bereit. Kommt es an einem Antrieb zu einer Störung, kann eine Ethernet/IP-basierte Applikation mithilfe eines Softwarepakets wie RSLogix 5000 von Rockwell Automation diesen Antrieb rasch lokalisieren und umfassende Informationen über den aufgetretenen Fehler einholen. Diese Daten werden dann zur Lösung des Problems an das Wartungspersonal weitergeleitet. Intelligente Maschinen erhöhen die Leistung Durch Ethernet/IP können Maschinenbauer weitere intelligente Funktionen nutzen. Zum Beispiel ist bei vielen Ethernet/IP-Geräten und -Antrieben über integrierte Webseiten ein schneller Zugriff auf kritische Parameter des Antriebs möglich. Bediener können mithilfe eines Web-Browsers die jeweilige Performance abrufen, sicherheits- und netzwerkbezogene Daten einsehen und sich über Alarm- und Störungs-Historien, Paketverluste und Leistungsspitzen informieren. Diese Echtzeitinformationen und Fernzugriffs-Fähigkeiten tragen dazu bei, Maschinenstillstände zu vermeiden. Maschinen können mit Ethernet/IP ihre Zustandsdaten an den Hersteller übermitteln, der daraufhin eine sichere Ferndiagnose einer Maschine einschließlich ihrer kritischen Servo-Funktionen vornehmen kann. Mit den IT-Fähigkeiten von Ethernet/IP einschließlich Sprache und Video erhalten OEMs alle Informationen, die für ein fundiertes Verständnis des Maschinenzustands erforderlich sind. Die Umstellung auf eine einheitliche Netzwerkarchitektur unterstützt die Maschinenbauer dabei, Kosten und Komplexität zu reduzieren und den nächsten Integrationsschritt zu anzugehen. Unter dem Strich können die Maschinenbauer dann mit leistungsfähigeren und flexibleren Maschinen ihren Wettbewerbsvorteil ausbauen.
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Rockwell Automation GmbH
