Profinet an Werkzeugmaschinen

Das grüne Kabel ist weiter auf dem Vormarsch: Siemens macht jetzt den offenen Industrial-Ethernet-Standard auch an seinem CNC-System Sinumerik 840D sl (Bild 1) von der Option zur Grundausstattung. Die neuesten, zur EMO Hannover 2011 vorgestellten Sinumerik NCUs 7×0.3PN (Bild 2) verfügen nun von Haus aus (neben den bekannten Schnittstellen) über ein Profinet-Interface mit zwei Ports. In Verbindung mit der integrierten, ebenfalls innovierten Simatic-PLC (S7-300 CPU 317-3 PN/DP) mit aktuellster Firmware ist damit die neueste Funktionalität ohne zusätzlichen (Kosten-)Aufwand nutzbar. Mit dieser Steuerungstechnik können Werkzeugmaschinen wesentlich flexibler untereinander vernetzt und dank vielfach erweiterter Möglichkeiten deutlich effizienter und auch performanter betrieben werden. Flexibler zur individuellen Fertigung Das etablierte Feldbussystem Profinet ist flexibel, weil es praktisch alle Netzwerktopologien unterstützt. So lassen sich neben klassischen Linienstrukturen auch Stern-, Baum- und Ringstrukturen in allen gängigen Übertragungsmedien aufbauen, bei Bedarf auch im Mix und redundant, das heißt hochverfügbar. Mit anderen Worten: Das Netzwerk passt sich den Anforderungen der Produktion an und nicht umgekehrt. Über Industrial Wireless LAN (IWLAN) können auch entferntere oder mobile Anlagenteile bzw. Bediengeräte drahtlos und in Echtzeit eingebunden werden. Wobei Profinet in Verbindung mit dem Profisafe-Profil das derzeit einzige Feldbussystem ist, das für die gleichzeitige drahtlose Übertragung sicherheitsgerichteter und ablaufrelevanter Prozesssignale zugelassen ist. Das spart Aufwand und folglich Kosten bei der Umsetzung sicherheitsrelevanter Aufgaben. Die Ethernet-Basis schafft außerdem beste Voraussetzungen für die Integration von Automatisierungs- und Standard-IT-Geräten bzw. -Diensten, wie z.B. einem Webserver in Maschinen und Anlagen. Einfacher ist effizienter Profinet ermöglicht parallele Feldbuskommunikation und Standard-IT-Kommunikation (TCP/IP) über ein Kabel und integriert die Echtzeitkommunikation von Nutz-, Prozess- und Diagnosedaten. Die Bündelung führt von der Leit- bis zur Feldebene zu durchgängigen, leicht überschaubaren und einfach erweiterbaren Installationen. Dies ist das Rückgrat für durchgängige Netzwerk- sowie Maschinendiagnose. Vereinfacht und beschleunigt wird auch die Einbindung Sinumerik-gesteuerter Werkzeugmaschinen in die Kommunikations-, Engineering- und Produktionsprozesse der spanabhebenden Fertigung mit Sinumerik Integrate. Dieses ganzheitliche, modular aufgebaute Angebot unterstützt die Integration von Maschinen in komplexe PLM-(Production-Lifecycle-Management)-Abläufe und andere IT-Systeme eines Unternehmens. Einfach energieeffizienter Effizienz in der Fertigung wird angesichts steigender Preise und schwindender Ressourcen immer mehr eine Frage der Energieeffizienz. Eine Antwort darauf ist das herstellerneutrale Profienergy-Profil. Hierüber können vom Anwender frei projektierbare Verbraucher auch in kurzen Pausenzeiten automatisch ab und kontrolliert wieder eingeschaltet werden. So verbrauchen beispielsweise Fördereinrichtungen, Späneförderer oder Pumpen (Kühlschmiermittel/Hydraulik) wirklich nur dann Energie, wenn die Produktion dies erfordert. Über das Profienergy-Profil gesammelte Messwerte und Statusinformationen sind zudem eine fundierte Basis für ein erweitertes Last- und Energiemanagement. An die Hersteller und Anwender von Werkzeugmaschinen richtet sich Sinumerik Ctrl-Energy, ein umfassendes Angebot an Automatisierungs- und Antriebstechnik, Software, Dienst-, Service- und Beratungsleistungen. Dieses zielt von der Entwicklung über die Nutzung bis zum späteren Retrofit in allen Lebensphasen einer Maschine darauf ab, Energie so rationell wie nur möglich einzusetzen. Im Produktionsbetrieb nutzen Sinumerik-CNCs die Möglichkeiten von Profinet und Profienergy, um Energiedaten zu erfassen und zu sammeln. Der Bediener kann über die Tastenkombination \’Ctrl+E\‘ auf der Bedientafel direkt auf das Energiemanagement der Maschine zugreifen, den Standby-Betrieb mit dazugehörigem Energiesparprofil aktivieren oder die Energiebilanz visualisieren und analysieren. Schneller + verfügbarer = performanter Produktivität ist in der Regel auch eine Frage der Kommunikationsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit. Wenn weiter steigende Datenmengen (Maschinenvernetzung, NC-Programme, Produktions-/Qualitätsdaten, usw.) in komplexen Fertigungsverbänden schneller und sicher kommuniziert werden können, steigert das auch die Produktivität. Bei Übertragungsgeschwindigkeiten von 100MBit/s sind nun auch in der Feldebene deutlich höhere Datenraten als mit bisherigen Feldbussen zu erreichen. Damit ist das Bussystem nicht mehr der die Performance begrenzende Faktor, sondern ein zukunftssicheres Übertragungsmedium, mit dem Werkzeugmaschinen mit höchster Genauigkeit und minimalen Zykluszeiten betrieben werden können. Auch hinsichtlich der Mengengerüste von Fertigungsverbänden lassen Profinet-fähige Sinumerik-Steuerungen deutlich mehr Spielraum. Die Zahl der Geräte, die sie verwalten können, ist groß genug, um das Netzwerk selbst für anspruchsvollste und komplexeste Anwendungen zu erweitern. Außerdem unterstützt das grüne Kabel Ringtopologien, in denen Störungen oder Ausfälle einzelner Komponenten praktisch keine Auswirkung auf die Verfügbarkeit des Gesamtsystems haben (siehe auch MRP). Mit neuer Firmware zu noch mehr Profinet Über die innovierte Firmware der integrierten, Simatic-S7-kompatiblen CPU317-3 PN/DP bietet die CNC Sinumerik 840D sl erweiterte Möglichkeiten im Anlagendesign sowie Vereinfachungen bei Wartung und Diagnose. Enthalten sind u.a. die folgenden neuen Funktionen: Shared Device: Die Funktion Shared Device ermöglicht den Zugriff von zwei Steuerungen auf das gleiche Profinet-IO-Device (Bild 3), wie z.B. (fehlersichere) dezentrale Peripherie oder Sinamics-Antriebe. Das reduziert die Zahl der erforderlichen Hardware-Komponenten und damit die Zahl der Schnittstellen – was wiederum die Systemkonfiguration und -verdrahtung vereinfacht, Zeit und somit Kosten spart. Beim Einrichten der Funktion wird lediglich die Konfiguration des IO-Device in Step7 kopiert und der zweiten Steuerung als Shared Device zugewiesen. Dies ist sehr feinmodular möglich und individuell konfigurierbar. Shared Devices vereinfachen u.a. die Realisierung von Werkzeugmaschinen oder Roboterzellen, in denen eine Sinumerik (mit integrierter Standard-CPU) für die Bearbeitungsaufgabe und eine fehlersichere Simatic-CPU für Sicherheitsaufgaben eingesetzt werden. I-Device: Über die Funktion I-Device wird die Profinet-fähige Sinumerik-CPU zum intelligenten Controller und IO-Device zugleich. Sie kann einerseits wie ein IO-Controller zu unterlagerten Geräten, andererseits aber auch mit überlagerten oder zentralen Steuerungen (auch anderer Hersteller) kommunizieren (Bild 4). Das ermöglicht eine sehr einfach zu realisierende und schnelle Controller-Controller-Kommunikation auf einem Bus, bei vollem Systemzugriff im gesamten Netzwerk. Über das Profinet-IO-Protokoll ist dabei ohne zusätzliche PN/PN-Koppler der Zugriff auf die I/O-Adressen des I-Devices möglich. Die Definition eines I-Device vereinfacht somit die Integration vernetzter Steuerungen, auch projektübergreifend. Das hält die Installationen schlank und kostengünstig. In Kombination mit dem Profienergy-Profil können über I-Device ganze Verbrauchergruppen (Maschinen oder Anlagenteile) automatisiert zu- oder abgeschaltet werden. Diese Funktionen sind bereits mit Sinumerik Ctrl-Energy vorbereitet und müssen nur noch angepasst werden. Darüber hinaus ist auch eine kombinierte Nutzung der Funktionen Shared Device und I-Device und der daraus resultierenden Vorteile möglich. MRP (Media Redundancy Protocol / Medienredundanz-Protokoll): MRP ist ein etabliertes Protokoll für die einfache Umsetzung redundanter Strukturen in Profinet-Ringtopologien. Es ist nun ein integraler Bestandteil der Sinumerik-Systeme und erspart dadurch zusätzliche Switches. Mit MRP lassen sich Ausfälle einer Kommunikationsverbindung in einem solchen Ring kompensieren und Rekonfigurationszeiten von 200ms erreichen. Das minimiert Stillstandszeiten, erhöht umgekehrt die Verfügbarkeit und dadurch die Produktivität und Ausbringung. Web-Dienste // Webserver Durch die Unterstützung von TCP/IP ermöglicht Profinet grundsätzlich die Nutzung von Web-Diensten auf Feldgeräten. Wie auf anderen Profinet-Controllern von Siemens ist jetzt auch auf CPUs der Reihe Sinumerik 840D sl ein Webserver integriert, der neben vordefinierten Status- und Diagnoseinformationen auch vom Anwender frei definierbare Prozessinformationen bereitstellen kann. Darauf kann sowohl über das Maschinen- oder Firmennetzwerk mit einem handelsüblichen Internet-Browser zugegriffen werden, ganz ohne Engineeringsystem. Das vereinfacht die Inbetriebnahme und vor allem die Diagnose erheblich. Der schnelle Zugang zu Diagnoseinformationen hilft Stillstandszeiten zu senken. Per Fernzugriff lassen sich auch weit entfernte Maschinen einfach diagnostizieren und unvermeidbare Serviceeinsätze optimal planen. Ein Wort zu Industrial Security: Abhängig von den Risiken der Automatisierungsanwendung sind sinnvolle organisatorische und technische Maßnahmen zu ergreifen und regelmäßig zu prüfen. Siemens Industry bietet Produkte und Systeme, um umfassende Industrial Security Lösungen für seine Kunden sicherzustellen. Von Profibus zu Profinet – Umstieg mit Vorteilen Die Vorteile der Profinet-Technologie sind schon jetzt sehr vielfältig und werden mit ständig wachsender Zahl an Profinet-fähigen Komponenten und Funktionen weiter zunehmen. Der Weg von Profibus zu Profinet ist vorgezeichnet, und er kann sukzessive beschritten werden. Mit der CNC Sinumerik 840Dsl hat Siemens auch im Bereich der Werkzeugmaschinensteuerungen die Grundlagen für die einfache Nutzung der Vorteile des neuen Kommunikationsstandards geschaffen. Hannover Messe 2012 Halle 9