Automation 31.03.2000, 17:24 Uhr

Industrie-Automation soll vom Büro lernen

Mit dem Einzug des Ethernets und Internets in die industrielle Kommunikation verlagern sich die Schwerpunkte auf die Software. Hier sind neue Standards für den reibungslosen Datenaustausch gefragt.

Die Situation in der Automatisierungstechnik erinnert stark an die Verhältnisse in der Desktop-Welt vor 15 Jahren“, klagt Heinrich Munz, Leiter der Steuerungstechnik beim Augsburger Roboterhersteller Kuka. „Damals gab es sehr viele unterschiedliche Computer-, Betriebssystem- und Netzwerkhersteller mit einer Vielzahl von zueinander inkompatiblen Applikationen.“
Auch in der industriellen Automatisierung gebe es heute die unterschiedlichsten Steuerungstechnologien, angefangen bei speicherprogrammierbaren über numerische Steuerungen bis hin zu Roboter- oder diversen Technologiesteuerungen. „Während sich an dieser anwendungsorientierten Situation nur schwerlich etwas ändern lässt, existieren im Kommunikationsbereich unnötigerweise eine Vielzahl unterschiedlichster Technologien wie Netze, Feldbusse oder Ein-/Ausgabegeräte, welche wiederum Technologiebrüche darstellen und daher einen freien Datenfluss verhindern“, stellt Munz fest. Eine ungehinderte und für alle Automatisierungsgeräte einheitliche Datenkommunikation über alle Automatisierungsebenen hinweg wäre jedoch eine wichtige Voraussetzung für kurze Inbetriebnahme- und Fehlerlokalisierungszeiten.
In der PC-Welt hingegen gibt es einige wenige Standardtechnologien für eine reibungslose Kommunikation. Die hohen Stückzahlen garantieren ein hohes Qualitätsniveau bei gleichzeitig günstigen Preisen. „Ein solcher Trend wäre auch für Automatisierungsanwender sehr vorteilhaft“, meint Munz. „Wir gehen sogar noch einen Schritt weiter und behaupten, dass exakt dieselben Standardtechnologien wie im Desktop-Bereich die ideale Basis auch für die industrielle Automatisierung darstellen.“ Munz spricht aus Erfahrung, denn bereits 1996 wurde von Kuka die weltweit erste, vollständig auf einem Windows-PC basierende Steuerung für Industrieroboter vorgestellt. Diese war damals schon im Grundumfang mit Ethernet und TCP/IP ausgerüstet. „Die Kundenakzeptanz und der Markterfolg haben uns darin bestätigt, dass wir uns mit dieser Philosophie genau auf dem richtigen Weg befinden“, sagt Munz. Heute basierten alle Kuka-Produkte, neben Robotern hauptsächlich Soft-PLCs und Diagnosewerkzeuge, auf den PC-Standards. „Wir begrüßen es daher, dass nun auch andere Hersteller Ethernet und Internet einsetzen, letztlich ein weiterer konsequenter Schritt auf dem Weg zu einer durchgängigen Vernetzung aller Automatisierungsgeräte.“
Eine wesentliche Voraussetzung ist jedoch ein Kommunikationsstandard, auf den sich die Hersteller einigen müssen. Nicht ein einheitliches Kommunikationsmedium ist hierbei wesentlich, sondern alle Software-Schichten im Kommunikationsstapel. Für die unterste Schicht, das Kommunikationsmedium, bietet sich der Ethernet-Standard an. Dieser muss jedoch zunächst für die speziellen Anforderungen der Industrie tauglich gemacht werden. Da es aus heutiger Sicht sowohl technisch als auch kommerziell oft nicht sinnvoll ist, Ethernet bis zum einzelnen Sensor, Aktor oder Motor hinzuführen, kann ab einer gewissen Stufe ein Übergang von Ethernet auf herkömmliche Feldbusse stattfinden. Gateways stellen eine Brücke zwischen die am Feldbus angeschlossenen Geräte dar und sorgen für eine transparente Einbindung in das gesamte Netz.
Das Problem der Komplexität von heutigen zentralen Steuerungsprogrammen soll durch die Verteilung auf dezentrale Knoten gelöst werden, Stichwort verteilte Automatisierung. Das Ethernet zusammen mit der entsprechenden Software fungiert nicht mehr nur als „dummer“ Verteiler von Steuerungsinformationen eines zentralen Steuerungsmasters hin zu „dummen“ E/A-Slaves wie bei den Feldbussen, vielmehr stellt es neben den anderen Diensten die zur Dezentralisierung der Steuerungsaufgaben notwendige Verteilung von Informationen in Echtzeit sicher. Somit kann diese neue Technologie nicht als weiterer Feldbus oder dessen Ersatz bezeichnet werden, sondern stellt einen völlig anderen Ansatz dar.
Software wird daher zum bestimmenden Element in der industriellen Kommunikation, und diese Software muss einheitlichen Standards genügen, sollen nicht wieder unterschiedliche Entwicklungsrichtungen von den einzelnen Herstellern mit der Konsequenz einer Inkompatibilität verfolgt werden. Während die unteren Ebenen durch die Protokolle TCP/IP bzw. UDP/IP für Echtzeit abgedeckt werden, lassen sich für die oberen Schichten, insbesondere der Anwendungsschicht, Protokolle aus der IT-Welt übernehmen. Hierzu zählen besonders die Internet-Protokolle HTTP und FTP. „Für Aufgaben, bei denen es aus der IT-Welt keine passenden Protokolle gibt, müssen neue Layer-7-Protokolle, wie zum Beispiel das verteilte Steuern in Echtzeit definiert werden. Wegen der Komplexität der Aufgabenstellung reicht es jedoch nicht aus, nur die Layer 7 zu spezifizieren. Es bedarf auch einer zusätzlichen Verwaltungssoftware, die die objektorientierte Verteilung der Informationen an alle interessierten Teilnehmer vornimmt“, erläutert Munz. Schließlich seien noch Application Programming Interfaces (API) als Schnittstelle zu den gerätespezifischen Applikationen erforderlich. „Diese Schritte sind erforderlich, damit nicht jeder Hersteller die gesamte Kommunikationssoftware parallel entwickeln muss, sondern sich ausschließlich auf seine Applikation konzentrieren kann. Unter der Voraussetzung, dass eine Verteilungssoftware jedem Gerätehersteller zur Verfügung steht, liegt der eigentliche Schwerpunkt der Standardisierung auf diesem API und nicht auf der Layer-7-Schnittstelle“, meint Munz.
Und hier gibt es eine weitere Analogie zu den gegenwärtigen IT-Trends. Middleware, also eine neutrale Softwareschicht zwischen den einzelnen Anwendungen und der Hardware mit Betriebssystem, erscheint als die einfachste Lösung des Problems. „Wir brauchen hier neutrale Standards wie beispielsweise XML als Beschreibungssprache für Geräteprofile und auch für Steuerungen“, unterstreicht auch Martin Müller vom Interbus-Club. Und hier wurde auf der Hannover Messe eine Standardisierungsinitiative unter dem Motto „Interface for Distributed Automation“ gestartet, die zunächst von den Firmen Jetter, Kuka, Phoenix Contact und Sick getragen wird. Doch auch andere Unternehmen der Automatisierungstechnik wie Moeller sehen die Problematik.
„Mit Ethernet kommt die Frage nach der Verteilung der Ressourcen ins Spiel, und hier ist eine Art Middleware erforderlich“, betont Joachim Göddertz, Leiter der Steuerungstechnik. „Ich warne davor, bei der Entwicklung einer solchen Software die Fehler der Vergangenheit zu wiederholen, die der Industrie und besonders den Anwendern viel Geld und Zeit gekostet haben. Eine Standardisierung ist hier dringend erforderlich.“ Dieses Unternehmen ist im VDMA Sektion Industrielle Kommunikation organisiert. Allerdings will der VDMA nicht in eine solche Standardisierungsdiskussion eingreifen, das sei Aufgabe der Mitgliedsfirmen. Der ZVEI sieht das allerdings anders. Die auf der Hannover Messe formierte Sektion „Industrieautomatisierung“ will hier sehr wohl aktiv werden. ACHIM SCHARF
Einheitliche Lösung gesucht: Auch in der Industrie könnten die PC-Standards aus der Büro-Welt Kosten sparen helfen.
Die zunehmende Vernetzung unterschiedlicher Branchen spiegelte sich im Schwerpunkt „Factory Automation“ in Hannover wider.

Automation

Dezentral und vernetzt

Bewährt hat sich aus Sicht des ZVEI Fachverbandes Automation auf der Hannover Messe das Konzept der Fachmesse Factory Automation. Insbesondere die Verzahnung von Elektrotechnik, Elektronik, industrieller Informations- und Kommunikationstechnik mit Anwendungen aus dem Maschinen- und Anlagenbau weise in die richtige Richtung. Dezentralisierung und Vernetzung seien die zentralen Themen der Fabrikautomation. So übernähmen Antriebe, Sensoren und Steuerungen Aufgaben von übergeordneten Systemen und entlasteten diese damit. Diese dezentralen Strukturen sorgten für Flexibilität, effizientere Steuerung von Prozessen und die Lösung immer komplexerer Automationsaufgaben. hm/kra

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