Ein intelligentes Fördersystem transportiert zahlreiche vereinzelte Röhrchen mit Medikamenten

Eine bessere Steuerung beispielsweise durch innovative Motion-Control-Lösungen ist gefragt - im Bild intelligente Fördersysteme durch synchrone Linearmotoren. - Bild: Rockwell Automation

| von Dietmar Poll

Die vernetzte Automation im Rahmen von Industrie 4.0 hört sich mittlerweile nach 'business as usual' an. Blickt man hingegen genau in die Produktionsstätten, gibt es aber immer noch Abgrenzungen zwischen einzelnen Produktionskomponenten. Das wiederum verhindert den so notwendigen durchgängigen Datenzugriff und damit die automatisierte Steuerung der Maschinen über alle Ebenen. Den aktuellen Stand und ihren Blick auf die Dinge geben Statements von ABB, Rockwell Automation und dem ZVEI wieder. Interessant ist auch, welche Erfahrungen der Systemintegrator Schmid Engineering preisgibt.

Bei durchgängiger Vernetzung innerhalb der Industrieproduktion geht einer der ersten Gedanken an Kommunikationsprotokolle und Standards. Dazu erklärt Dr. Ralf Huck, Vorsitzender Arbeitskreis Feldgeräte + Interfacetechnik beim ZVEI: "Insbesondere in der Prozessindustrie können sich Veränderungen nur vergleichsweise langsam durchsetzen. Anlagen sind oft Jahrzehnte in Betrieb und können zumeist nur in größeren Zeitabständen zu Wartungszwecken kurz abgeschaltet werden."

Für die Anbindung von Sensoren oder pneumatischen Stellantrieben an die dezentralen I/O-Baugruppen würden daher überwiegend noch 4 bis 20 mA-Technik mit überlagerter Hart-Kommunikation (Prozessautomatisierung) oder IO-Link (Fertigungsautomatisierung) und erst zum deutlich geringeren Teil auch Feldbusse eingesetzt.

"Insbesondere in der Prozessindustrie können sich Veränderungen nur vergleichsweise langsam durchsetzen", sagt Dr. Ralf Huck, Vorsitzender Arbeitskreis Feldgeräte + Interfacetechnik beim ZVEI. - Bild: ZVEI

Daten zur Zustandsüberwachung häufig ungenutzt

"Für die Kommunikation zwischen dezentralen I/O-Baugruppen beziehungsweise elektrischen Antrieben und der Leit-/Steuerungsebene haben sich Profibus, Profinet oder Ethernet IP als Feldbusse etabliert. Selbst bei Anlagen mit Hart, I/O-Link oder Feldbus bleiben die über die zyklischen I/O-Daten hinausgehenden Daten zur Zustandsüberwachung der Geräte jedoch häufig ungenutzt, da sie für die eigentliche Automatisierungsaufgabe nicht benötigt werden. Die FieldComm Group spricht in dem Zusammenhang von 'gestrandeten' Daten, die heute noch nicht zur Senkung der Wartungskosten, Steigerung von Qualität und Ausbeute oder Vermeidung von Anlagenstillständen genutzt werden", weiß Huck zu berichten.

Kommunikationsprotokolle und Standards als Eckpfeiler in der Vernetzung

Zur Thematik der Kommunikationsprotokolle und Standards äußert sich auch Gunther Sälzler, Field Business Leader Architecture & Software Germany & Austria bei Rockwell Automation: "EtherNet/IP ist ein offener Standard, der in der ganzen Industrie eingesetzt wird und von der ODVA überwacht wird. Für Rockwell Automation ist Ethernet/IP bereits seit geraumer Zeit die Norm. Die Architektur, die schlussendlich die gesamte Anlage und das Firmennetzwerk umspannt, nennen wir Converged Plantwide EtherNet. Unsere Lösungen und Produkte sind allerdings weitestgehend mit fast jedem verfügbaren Protokoll kompatibel."

Kommunikationsprotokolle und Standards seien mit der zunehmenden Vernetzung innerhalb eines Connected Enterprise allerdings lediglich die Eckpfeiler, die die grundlegende Kommunikation zwischen einzelnen Bauteilen ermöglichen.

"Wesentlich wichtiger ist dabei, dass Themen wie Cybersecurity in den Fokus der Verantwortlichen rücken. Nur wer ein ordentliches Patch-Management verfolgt, seine Mitarbeiter schult und nicht bei Maßnahmen wie Firewalls und Diensten wie der Erkennung von Netzwerkanomalien spart, kann auch langfristig erfolgreich produzieren", verdeutlicht Sälzler.

 "Die Architektur, die schlussendlich die gesamte Anlage und das Firmennetzwerk umspannt, nennen wir Converged Plantwide EtherNet. Unsere Lösungen und Produkte sind allerdings weitestgehend mit fast jedem verfügbaren Protokoll kompatibel", sagt Gunther Sälzler, Field Business Leader Architecture & Software Germany & Austria bei Rockwell Automation.

Welche Trends gibt es im Bereich Motion Control?

Bezugnehmend auf aktuelle Trends bei der Motion Control geht Huck auf die von der Namur vorgeschlagene Namur Open Architecture, kurz NOA, ein: Diese wird den Zugang zu den oben erwähnten gestrandeten Daten deutlich vereinfachen und so Kostensenkungsmaßnahmen ermöglichen, die bisher aus Komplexitäts- oder Kostengründen unwirtschaftlich erschienen.

"Möglich wird das durch einen sicheren, rückwirkungsfreien, zweiten Datenkanal in das Automatisierungsnetzwerk, über den die gewünschten Informationen ausgeleitet werden können. Eine einfache, parallele Datenausleitung über dezentrale I/O-Baugruppen ist auch in der Fertigungsautomatisierung bekannt und wird dort bereits eingesetzt", ergänzt Huck.

Für die azyklische Kommunikation auf dem zweiten Datenkanal werde OPC UA mit geeigneten OPC UA Companion Specifications zur Abbildung der Datenmodelle vorgeschlagen. "Die entsprechenden Standards und Empfehlungen werden gerade in gemeinsamen Arbeitsgruppen von den Feldbusorganisationen, VDMA, Namur und ZVEI erarbeitet", sagt Huck.

Automatisierte Förderanlage für Röhrchen in der Prozessindustrie
Motion Control: Intelligente Fördersysteme wie synchrone Linearmotoren können unterschiedliche Traglasten gleichzeitig bewältigen. Bild: Rockwell Automation

Bessere Steuerung durch innovative Motion-Control-Lösungen

Zur Motion Control erklärt Armin Wallnöfer, Digital Leader Motion Deutschland bei der ABB Automation Products GmbH: "Die Antriebstechnologie erlaubt es heute, Motion-Control-Funktionen direkt in den Frequenzumrichter zu integrieren. Moderne Frequenzumrichter werden immer intelligenter und viele davon enthalten leistungsfähige Motion-Control-Funktionen, was sie zu einer Alternative von Servoantrieben in der Hochleistungsmotorregelung macht."

Inzwischen gebe es zahlreiche Anwendungen, bei denen Frequenzumrichter mit Asynchronmotoren, passender Sensorik und Motion-Control-Funktionalität herkömmlichen Servoantrieben ebenbürtig seien.

"Dank gestiegener Rechen- und Speicherkapazität lassen sich unterschiedlichste, teils hochkomplexe Funktionen im Frequenzumrichter realisieren. Das bringt Maschinenbauern, Konstrukteuren, Ingenieuren und Anwendern große Vorteile, die in Anlagen neben klassischen Antriebs- auch Servoanwendungen kostensparend und ohne großen Aufwand realisieren können, indem sie die gleiche Hardware und Bedienphilosophie nutzen, anstatt unterschiedliche Systeme verwenden zu müssen", erläutert Wallnöfer.

"Dank gestiegener Rechen- und Speicherkapazität lassen sich unterschiedlichste, teils hochkomplexe Funktionen im Frequenzumrichter realisieren", sagt Armin Wallnöfer, Digital Leader Motion Deutschland bei der ABB Automation Products GmbH. - Bild: ABB

Mehr Individualisierung der Maschinen in der Produktion

Sälzler wiederum beobachtet derzeit die Individualisierung innerhalb der Produktion als einen der wichtigsten Trends. "Um die Kundennachfrage in der Industrie dahingehend zu bedienen, unterstützen unsere Lösungen rund um Independent Cart Technology, allen voran iTrak und MagneMotion, die Produktion an Losgröße 1 anzunähern. Dabei bringen die neuesten Produktupdates wie MagneMotion Lite oder iTrak 5730 weitere Verbesserungen mit sich und lassen einzelne Förderwägen agiler im System arbeiten, während sich die Anwendungsgebiete zugleich immer vielfältiger gestalten und immer mehr Last befördert werden kann", beschreibt Sälzler.

In Zukunft verstetigten zahlreiche Innovationen diesen Trend weiter und sorgten dafür, dass die Flexibilität und Zuverlässigkeit in der Produktion kontinuierlich gesteigert werde.

Neuheiten im Bereich Steuerung und Kommunikation

Zu den Kommunikationstechnologien meint Huck, dass diese dem immer größer werdenden Bedarf an Information bei gleichzeitigem Wunsch nach Komplexitätsreduzierung gerecht werden müssten. "Das ist in dieser Form in der Vergangenheit nicht immer gelungen, weshalb sich manche Feldbustechnologien, wie zuvor erläutert, bislang nur in begrenztem Umfang bis zur Sensorebene verbreiten konnten."

Doch Single Pair Ethernet ermögliche laut Huck eine durchgängige Kommunikation bis in die Feldebene mit nur einem einzigen Protokoll und ohne Gateways zur Protokollumsetzung. "Im Rahmen der Standardisierung eines Advanced Physical Layers (APL) werden jetzt offene Lösungen entstehen, die auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden können, was die Lösung insbesondere für die Prozessindustrie interessant machen wird", sagt Huck.

Für beispielsweise die Gebäudeautomatisierung stünden demgegenüber die deutlich größeren Leitungslängen und der geringere Verdrahtungsaufwand im Vergleich zum klassischen Ethernet im Vordergrund. Hierfür gebe es schon lange firmenspezifische Lösungen, die im Umfeld der Prozessindustrie für die Profinet-Kommunikation eingesetzt würden.

Vernetzte Automation: Integration in den Unternehmen

Und was sagt ein Systemintegrator zu all dem, der im Feld bei den Unternehmen tätig ist? Dazu Markus Müller, Leiter Vertrieb bei Schmid Engineering GmbH: "Seit etlichen Jahren wird OPC-UA als der Standard für die Vernetzung von Maschinen und Anlagen vorangetrieben. Das funktioniert mittlerweile auch recht gut und quasi alle gängigen Hersteller bieten das mittlerweile auch als Option für ihre Anlagen mit an. Aber meistens als Option und nicht nativ als tatsächlichen Standard."

 

Demnach fielen dort nochmals zusätzliche Kosten an. Nachrüsten zu älteren Anlagen oder Steuerungen sei meistens nicht vorgesehen. Mit einem zwinkernden Auge fügt Müller hinzu: "Ist ja auch klar, wer will denn schon den alten Kram aufbessern, wenn man gleich etwas Neues verkaufen kann? Maschinenhersteller verkaufen aber gerne Retrofits - also sie ersetzen die Maschinensteuerung durch eine neue, um entsprechende neue Technik - und damit auch Schnittstellen - bereitzustellen. In meinen Augen ist das häufig gar nicht notwendig. Nur weil man eine Anlage an ein Leitsystem anbinden will, muss man ja nicht gleich alles erneuern."

 

Hier reiche lediglich eine Zwischenschicht, die das verbinde. "Dafür haben wir unseren DataSErver entwickelt. Und damit wir diesen auch zukünftig an neue Gegenheiten anpassen können, reicht es vollkommen aus, wenn man sich jetzt für diese Lösung entscheidet. Wenn der Markt in fünf oder zehn Jahren einen neuen Standard definiert, dann muss der Kunde nur ein Update von unserer Software installieren - und nicht die halbe Produktion umbauen", flachst Müller.

 

Skalierbare und variable Systeme im Vorteil

Demnach gewännen Systeme, die skalierbar und variabel seien, auch in Zukunft immer mehr an Bedeutung. Nicht jeder Systemlieferant könne sofort auf eine neue Technologie umsteigen. "Wenn man bedenkt, wie lange die Hersteller bei Spritzgussmaschinen gebraucht haben, um OPC-UA überhaupt anbieten zu können, dann ist es sicherlich sinnvoller eine entsprechende Middleware zu verwenden", führt Müller weiter aus.

 

Die Vernetzung gehe spätestens mit den Begriffen 'IOT' beziehungsweise 'IIOT' letztlich dahin, dass jeder mit jedem sprechen wolle. "Unser DataSErver stellt hier die ideale Basis bereit, um nicht nur eine Maschine mit einem MES sondern auch Systeme untereinander zu vernetzen. Ereignisgesteuert und konfigurierbar. Die Möglichkeiten sind nahezu unbegrenzt", betont Müller.

Datenkommunikation via 5G

Zum Thema 5G liege der Fokus der 5G-Standardisierung für Industrieanwendungen in der beim ZVEI angesiedelten 5G Alliance for Connected Industries and Automation (5G-ACIA) mit der Release 16 auf der Vernetzung von Steuerungen und Antrieben.

"Im Vordergrund stehen dabei hohe Bandbreite und kurze Latenzzeiten, die für diese Anwendung bereitgestellt werden müssen. Demgegenüber stehen für die industrielle Vernetzung von IIoT-Sensoren mit beschränkter Rechenleistung in weitverzweigten Industrieanlagen. Hier stehen Themen wie große Reichweite bei geringem Energieverbrauch im Vordergrund", berichtet Huck.

Für diese Sensoren böten sich die Übertragungstechniken NBIoT oder CAT M1 an, die mit der Release 13 eingeführt wurden und im Rahmen der Release 17 von 5G weiter verfeinert werden sollen.

"Bis zur Release 17 ist der Einsatz für Sensoren mit beschränkter Rechenleistung aber heute schon auf Basis der existierenden Spezifikation für NBIoT oder CAT M1 und den vorhandenen 4G Netze möglich", ergänzt der ZVEI-Mann, der bei der Siemens AG Vice President Product Management, Prozess Instrumentation, ist.

Ethernet basierte Protokolle: Time Sensitive Networks (TSN)

Die sicherlich wichtigste Neuheit im Bereich der Ethernet basierten Protokolle ist laut Huck Time Sensitive Network (TSN), "mit dem die im Netz verfügbare Bandbreite gezielt einzelnen Kommunikationskanälen zugeordnet werden kann, so dass die für zeitkritische Anwendungen benötigen Reaktionszeiten trotz paralleler Nutzung des Netzwerks sichergestellt werden kann. Dies ist insbesondere für die schnelle zyklische Kommunikation über zum Beispiel Profinet oder Ethernet IP im Zusammenspiel mit OPC UA für den zweiten Datenkanal interessant."

Im Zusammenspiel Ethernet basierter Protokolle, TSN und 5G werde so die Grundlage für eine flexible, durchgängige Kommunikation in der industriellen Automatisierung geschaffen.

Huck begründet dies wie folgt: "Anwender benötigen flexibel einsetzbare, verfahrenstechnische Produktionsanlagen, die sich deutlich schneller an den Markt bringen lassen. Im Bereich der Steuerungen wird dies durch die Module Type Packages MTP ermöglicht, die eine herstellerneutrale Beschreibung der Automatisierung eines verfahrenstechnischen Moduls erlauben. Auf diese Weise lassen sich die so beschriebenen Module in eine überlagerte Steuerungsebene eines beliebigen Herstellers aufwandsarm einbinden."

Denn unter dem steigenden Kostendruck gewännen einfach handhabbare Ecosysteme zur Automatisierung und parallelen Informationsgewinnung an Bedeutung, um der steigenden Zahl der dafür benötigten Sensoren sowie Edge- und Cloud Anwendungen gerecht zu werden und ein sicheres Zusammenwachsen der IT- und OT-Anwendungen zu unterstützen.

Kommunikationssystem im Unternehmen

Zum Thema Steuerung und Kommunikation heißt es seitens Sälzler: "Was die unternehmensweite Kommunikation angeht, haben wir mit unserer gemeinsam mit PTC entwickelten Lösung FactoryTalk InnovationSuite und den darin enthaltenen Speziallösungen eine umfassende Neuerung herausgebracht, die den Datenfluss innerhalb von Industrieanlagen soweit vereinfacht, dass Verantwortliche stets den Überblick über alle ihre Anlagen behalten können."

Im Speziellen sei hier zum einen der FactoryTalk Network Manager zu nennen, eine Software-Anwendung, die automatisiert alle im System befindlichen Geräte erkenne und für den Endanwender durch die dadurch gebotene Übersicht eine wesentliche Erleichterung der täglichen Arbeitsprozesse bedeute.

"Dadurch, dass diese Software auf dem Standard der OPC Unified Architecture beruht, ist es zweitrangig, ob ein Kunde unsere Bauteile oder die von anderen Anbietern verwendet. Ergänzend hierzu bieten wir Unternehmen mit FactoryTalk Linx Gateway eine Möglichkeit zur Nutzung verschiedenster Standards unter einem Dach", unterstreicht Sälzler.

Noch mehr Infos über die vernetzte Automation: Big Data und Cloud Computing

Sie wollen mehr über die vernetzte Automation erfahren? Welche Rolle Big Data und Cloud Computing spielen und welche Hemmnisse es dort noch gibt? Dann lesen Sie diesen Beitrag in unserem Schwesterportal KE next.

Die Informationen dazu gibt es unter dem Abschnitt 'Big Data und Cloud in der vernetzten Automation'.

Der Eintrag "freemium_overlay_form_pro" existiert leider nicht.