Industrie 12.11.1999, 17:23 Uhr

Industrie braucht durchgehende Kommunikation

Interbus und Profibus sind zwei deutsche Feldbus-Systeme, die sich trotz interner Konkurrenz in der Industrie-Automation weltweit durchgesetzt haben. Die umfassende Einbeziehung der Antriebstechnik und Konvergenz zum Internet sind die neuen strategischen Ziele der Hersteller.

Nachdem der Profibus sich neben der Automatisierungstechnik auch in der Verfahrenstechnik und sicherheitsgerichteten Systemen etabliert hat, steht nun die Synchronisation schneller Bewegungsabläufe auf dem Programm. Digitale Regelkreise sollen mit den neuen Funktionen zukünftig geschlossen werden. Diese Funktionserweiterungen heißen „Äquidistanz“ und „Daten-Querverkehr“ und wurden vom Fachausschuss Profidrive der Profibus Nutzerorganisation (PNO) ausgearbeitet. Zum Jahresende 1999 ist die Veröffentlichung der endgültigen Spezifikationen geplant.
Äquidistanz bedeutet einerseits die einstellbare konstante Buszykluszeit, unbeeinflusst von Wiederholungen von Telegrammen, Alarmen oder azyklischen Schreib/Lesediensten. Bereits im Äquidistanzzyklus berücksichtigt ist auch der zusätzliche Betrieb eines weiteren Masters, beispielsweise eines Programmiergerätes oder PCs. Andererseits wird an alle Teilnehmer gleichzeitig und zyklisch die Taktinformation zur Synchronisierung der Busteilnehmer übertragen, beispielsweise zur Regelung des Gleichlaufs mehrerer Antriebe über die zeitsynchrone Erfassung der Ist- und Ausgabe der Sollwerte. Bei einer Profibus-Baudrate von 12 Mbit/s und einer eingestellten Zykluszeit von 2 ms lassen sich zwölf Antriebe synchronisieren.
Mit Daten-Querverkehr als zweiter Neuerung wird die direkte Kommunikation zwischen den Slave-Busteilnehmern bezeichnet. Wesentlicher Vorteil ist die kürzere Zeitspanne für den Datenaustausch, wobei keine zusätzlichen Master/Slave-Telegramme anfallen. Innerhalb eines Buszyklus“ werden zyklisch alle Daten zwischen den Slaves ausgetauscht. Bei Anwendungen mit mehreren Antrieben können bisher benötigte zusätzliche Kommunikationssysteme zwischen den Antrieben entfallen. Neben der geringeren Busbelastung durch reduzierten Master/Slave-Betrieb wird auch die Master-Station entlastet.
Mit diesen neuen Funktionen kann der Profibus jetzt auch dort eingesetzt werden, wo ein gleichzeitiges exaktes Positionieren oder der absolute Winkelgleichlauf von Antrieben gefordert ist. Beispiele wären Servoantriebe und elektronische Wellen für die exakte Bewegungssteuerung mehrerer Achsen. Anwendungsmöglichkeiten dafür sind Verpackungs- und Drahtziehmaschinen, Faserstrickanlagen und auch Produktionsmaschinen mit durchlaufenden Warenbahnen, wie Papier und Streichmaschinen. Die neue elektronische dezentrale Antriebslösung erhöht die Flexibilität von Maschinen und ersetzt aufwendige konventionelle Lösungen wie „Königswellen“ mit starrer mechanischer Kopplung der Achsen, die nun mit vereinzelten Antrieben realisierbar sind.
Die Servo-Umrichter Masterdrives Motion Control von Siemens für Produktionsmaschinen sind bereits mit dieser Technik ausgestattet, ebenfalls das Regelungssystem Simodrive 611 für Handlingsautomaten und Werkzeugmaschinen. Auch die Profibus-ASICs ASP2 (Master) und DPC31 (Slave) sind mit den neuen Motion-Control-Funktionen ausgestattet.
Diese Weiterentwicklung wurde notwendig, da mit den heute verfügbaren offenen Feldbussen nicht alle Anforderungen in der elektrischen Antriebstechnik mit einem System realisiert werden konnten. Gilt es beispielsweise, neben der Antriebssteuerung auch dezentrale Ein-/Ausgaben einzulesen oder Anzeige und Bedienfunktionen über den Bus zu realisieren, muss der Anwender heute noch die Funktionen auf mehrere Busse aufteilen. Die neuen Funktionen für Motion Control werden die Funktionalität so erweitern, dass der Einsatz spezieller Antriebsbusse in vielen Anwendungen entfallen kann. „Wir denken hier besonders an Werkzeugmaschinen, wo bisherige spezielle Antriebsbusse durch Profibus MC substituiert werden können. Wir denken aber weniger an die Papierverarbeitung mit vielen zu synchronisierenden Achsen“, erläutert PNO-Vorstandsvorsitzender Edgar Küster.
Aber die wesentliche Zielrichtung in den kommenden Jahren aller wesentlichen Feldbusse ist die Integration der Protokollstandards TCP/IP (Ethernet, Internet). „Hier geht es jedoch nicht mehr um die Bussysteme als solche, sondern um die durchgängige Ansprache von Feldgeräten bis hin in die Leitebene, und hier geht es um Software sowie Software-Schnittstellen“, erklärt KlausPeter Willems, Vorstandsmitglied der PNO. In einem ersten Schritt soll der Zugriff der Leitsysteme über Ethernet oder Internet realisiert werden. Die asynchronen Profibus-DP-Dienste, die im Wesentlichen für das Engineering dienen, sollen dazu auf Ethernet-TCP/IP abgebildet werden. Um auch die zyklischen Nutzdaten im Leitsystem verfügbar zu machen, wird es zusätzliche Dienste für den Zugriff auf das Prozessabbild geben. In einem zweiten Schritt sollen Systeme in der Leitebene per TCP/IP auf Feldgeräte zugreifen können. „Die Feldgeräte werden damit erheblich funktionaler, sie können mit einem Web-Server ausgestattet sein und im Fehlerfall selbsttätig E-Mails absenden, weiterhin können sie mit einem Betriebssystem ausgestattet sein und mit Programmiermethoden nach dem verteilten Objektsystem DCOM behandelt werden. „Beispielsweise könnte ein Antrieb mit interner Steuerungsfunktionalität über TCP/IP seine DCOM-Objekte zur Verfügung stellen und per Profibus seine Ein/Ausgaben bekommen“, erklärt Willems. Aus Softwaresicht sei es daher unwichtig, ob das Gerät am Ethernet oder Profibus betrieben würde. „Durchgängige Softwarekonzepte mit gleichen Schnittstellen für den Anwender, das ist für uns die Herausforderung der kommenden Jahre.“
Auch der Interbus wird Internet-tauglich. „Der Schwerpunkt liegt jedoch auf dem Thema Welten verbinden. Hier ist das TCP/IP-Protokoll der Schlüssel zur offenen und durchgängigen Kommunikation vertikal durch die gesamte Fabrik und weitergehend bis ins Internet“, erläutert Roland Bent, zuständig für die Weiterentwicklung des Interbus bei Phoenix Contact. „Ethernet mit TCP/IP wird dabei zur schnellen Übertragung von großen Bedarfsdatenblöcken und als Standardschnittstelle für dezentrale Steuerungsbaugruppen eingesetzt. Ethernet ist das Rückgrat zur Verbindung von modularisierten und dezentral gesteuerten Anlagen und Maschinenteilen untereinander und zur Verbindung der Produktions-Welt mit der Office-Welt. In der Kombination dient Interbus dann als Installationssystem im Schaltschrank und im Feld sowie als E/A-System zur Realisierung schneller Maschinensteuerungen.“
Auch beim Interbus wird derzeit eine Technik umgesetzt, die eine transparente Kommunikation über TCP/IP-Dienste bis herunter zum letzten Endgerät ermöglichen soll. „Wir haben dazu einen TCP/IP-Kanal in das hybride Protokoll integriert. Auf diese Weise wird eine Verbindung von der Produktion zur Office-Welt und damit eine unternehmensweite transparente Kommunikation ohne aufwendige Gateway-Prozesse über die Systemgrenzen hinweg ermöglicht. Diese Technologie wird bereits in Pilotanwendungen bei namhaften Automobilherstellern eingesetzt“, erklärt Jörg Wargowske, Vorsitzender des Interbus-Clubs. Ein wesentlicher Schritt dazu ist die Heraufsetzung der Datenrate von bisher 500 kbit/s auf 2 Mbit/s, um bei der TCP/IP-Kommunikation mehr Bandbreite für Bedarfsdaten zur Verfügung zu stellen. Seit einem Jahr laufen Pilotanwendungen in der Industrie mit 2 Mbit, beispielsweise beim Roboterhersteller Kuka.
Und auch bei der Synchronisation von Antrieben will man dem Profibus das Feld nicht allein überlassen. „Heute gibt es schon Anwendungen bei der standardmäßigen Datenrate von 500 kbit/s, bei denen 60 Umrichter in einem Ring mit einer Zykluszeit vom 15 ms synchronisiert werden. Bei 2 Mbit/s ist eine Synchronisation von 60 Antrieben bei einer Zykluszeit von 5 ms durchaus möglich“, meint Wargowske. Das Rennen um den besseren Bus ist unter diesen Aspekten offensichtlich noch nicht entschieden.
ACHIM SCHARF
Defekte Maschinen einer fernen Produktionsanlage sollen sich künftig selbständig über Internet beim Wartungstechniker melden. Nicht mehr einzelne Feldbusse, sondern die durchgängige Ansprache von Feldgeräten bis hin in die Leitebene, steht im Mittelpunkt der Industrie-Kommunikation.

Von Achim Scharf
Von Achim Scharf

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