Industrial Ethernet: Wegbereiter von modularen Verpackungsmaschinen

Schnelligkeit ist eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg am Markt. Um den Herstellungs- und Abfüllprozess zukünftig noch weiter zu beschleunigen, müssen sämtliche Komponenten einer Anlage optimal aufeinander abgestimmt sein. Hierzu ist es erforderlich, dass die verschiedenen, modular zusammengestellten Anlagenteile mithilfe eines Mediums und einer \’Sprache\‘ miteinander kommunizieren können. Neben dem Abfüllen oder der Verpa­ckung von verschiedenen Produkten auf ein und derselben Anlage spielt das Zusammenwirken von Modulen verschiedener Hersteller eine immer größere Rolle. Da viele Anwender Anlagenmodule von unterschiedlichen Herstellern für ihre Lösung verwenden, bedingt dies beim Einsatz konventioneller Feldbusse einen immensen Aufwand bei der Anpassung und Abstimmung der einzelnen Module. Hohe Verfügbarkeit Sowohl um dem Thema Investitionssicherheit Rechnung zu tragen als auch um sich gegen den zunehmenden Wettbewerb zu behaupten, bietet eine auf Ethernet basierende Produktions- und Abfülllösung einen entscheidenden Vorteil: Bei Mengen- und Produktänderungen kann schnell in den Prozess eingegriffen werden, was u.a. zu einer Verringerung der Stillstandszeiten führt. Während solche Eingriffe mit proprietären, also herstellerspezifischen Feldbus-Lösungen ohne standardisierte Schnittstellen nur schwer umsetzbar sind, wird dies mit dem Einsatz von Industrial Ethernet gleichsam zum Kinderspiel. Dabei gilt es vor allem, die bei jeder Modifikation des Produktions- oder Abfüllprozesses anfallenden Umrüstzeiten und die damit verbundenen Kosten einzukalkulieren. Damit solche Erweiterungen möglichst einfach und schnell realisiert werden können, ist es erforderlich, standardisierte Schnittstellen zu schaffen. Industrial Ethernet verfügt über entsprechende Schnittstellen wie TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) und OPC (Object Linking and Embedding for Process Control). Mithilfe der Standards ist das Protokoll flexibel einsetzbar. Um im Servicefall Fehler oder Änderungen auch ohne Spezialisten beheben bzw. durchführen zu können, sollte die Abfülllösung möglichst nach dem Plug&Play-Prinzip funktionieren. Darüber hinaus kann mittels Industrial Ethernet und Client-Server-Lösungen eine Fernwartung einfacher, kostengünstiger und komfortabler als mit analogen bzw. ISDN-Modems durchgeführt werden. Auch beim Einsatz von mobilen Kommunikationskomponenten wie z.B. Wireless-LAN-Bediengeräten bietet die Ethernet-Technologie zusätzliche Möglichkeiten (Bild 2). Harte Echtzeit Ein weiterer Aspekt für den Einsatz von Ethernet bei der Getränkeherstellung ist die Frage, ob das Protokoll überhaupt für Anwendungen mit so genannten harten Echtzeitanforderungen geeignet ist. Noch kommen bei entsprechenden Anwendungen vorwiegend Bussysteme wie Sercos, Profibus, CAN oder herstellerspezifische Lösungen zum Einsatz. Durch die Verwendung moderner Standards können jedoch bereits heute viele Echtzeitanwendungen ebenso mit Ethernet realisiert werden. Es muss allerdings durch eine entsprechende Auslegung des Netzwerks dafür gesorgt werden, dass die Netzlast nicht beliebig groß wird. Auch für solche Anwendungen, bei denen Zykluszeiten kleiner einige Millisekunden und Jitter, das heißt Abweichungen vom Sollwert im Mikrosekundenbereich erforderlich sind, gibt es heute schon Protokolle wie etwa NTP (Network Time Protocol) oder SNTP (Simple NTP). Allerdings sind die Protokolle entweder komplex, zu ungenau oder benötigen eine relativ lange Zeit für die geforderte Präzision. Deshalb haben sie nicht die notwendige Akzeptanz gefunden. War bisher hohe Präzision zwischen unterschiedlichen Geräten gefordert, wurde die Synchronisation über spezielle Verbindungen hergestellt: entweder über ein eigenes Kabel oder einen optimierten Feldbus. Hier setzt das Precision Time Protocol gemäß Standard IEEE1588 (PTP) an. Zum einen funktioniert es – wie die oben erwähnten Protokolle – über ein Standard-Netzwerk. Zum anderen ist es gemäß seiner Definition auf hohe Präzision ausgelegt, d.h. deutlich unter 1µs. Erste Implementierungen bestätigen dies und lassen sogar zeitliche Synchronitäten im Bereich von unter 100ns möglich erscheinen. Implementierung von Security-Funktionen Trotz aller Vorteile, die Ethernet durch die Offenheit nach allen Seiten mit sich bringt, darf die Frage nach der Sicherheit des Netzwerks nicht außer Acht gelassen werden. Bei nahezu täglichen Angriffen von Computerviren, Würmern und Dialern ist es unumgänglich, Sicherheitsmechanismen wie industrietaugliche Security Router als Firewall zu installieren (Bild 3). Ebenfalls müssen sich Benutzer der Maschine bzw. Anlage bei der Anmeldung authentifizieren, damit eindeutig nachgewiesen werden kann, welche Person sich wann in den Produktionsprozess eingeloggt hat und welche Veränderungen vorgenommen wurden. Industrial Ethernet wird sich in Zukunft bei der Produktion und Abfüllung von Getränken zum Kommunikationsstandard entwickeln. Auch die Hersteller von Abfüllanlagen haben diesen Trend erkannt und setzen diese Technologie zunehmend ein. Denn standardisierte Schnittstellen, einheitliche Kommunikationsprotokolle und Echtzeitfähigkeit bieten viele neue Möglichkeiten bei der Vernetzung von Modulen entsprechender Anlagen. Besonders wenn es um die Zusammenstellung der besten Abfüll- oder Verpackungslösung mit Maschinenmodulen verschiedener Hersteller und die problemlose Erweiterung bestehender Anlagen geht, bietet Ethernet zahlreiche Vorteile gegenüber konventionellen Feldbussen.