Ethernet in der ­Automatisierung

Trends bei Feldbus und Industrial Ethernet

Die elektrische Installationstechnik im Maschinen- und Anlagenbau veränderte sich in den vergangenen zehn Jahren sehr stark. Die langen und dicken Kabelbäume mussten schlanken digitalen Bussystemen weichen. Gleichzeitig erhöhte sich die Zahl der anzuschließenden Komponenten in Form dezentraler Steuerungen und intelligenter Sensorik/Aktorik. Das führte zu einer neuen, dezentral strukturierten Installationsarchitektur. Bereits heute beeinflussen Industrial Ethernet und Wireless Technologien die künftige Installationstechnik. handling sprach mit Prof. Dr.-Ing. Klaus Bender von der Technischen Universität München, Lehrstuhl für Informationstechnik im Maschinenwesen, über ; Trends bei Feldbusund Industrial Ethernet

handling: Seit wann gibt es Feldbussysteme und welche Triebkräfte forcierten ihre Entwicklung?

Bender: Die Feldbus-Entwicklung hatte ihre Anfänge Mitte der achtziger Jahre und war lange geprägt von dem Ziel, den immer umfangreicher werdenden Installationsaufwand in automatisierten Maschinen und Anlagen zu mindern. Der Bus als Ersatz des Kabelbaums stand im Mittelpunkt der damaligen Entwicklungsprojekte. Trotz einer Vielzahl firmenspezifischer, proprietärer Bussysteme entstanden – nicht zuletzt auf Druck der Anwender – Mitte der neunziger Jahre einige erfolgreiche, offene Feldbusse, deren Spezifikation national und international genormt wurden und so jedem Hersteller frei zur Verfügung standen.

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handling: Welche Probleme mussten bei der Etablierung der Feldbusse überwunden werden?

Bender: Offene Feldbusse erfordern einen besonders hohen Aufwand in der Protokoll-Spezifikation, die ja von vielen verschiedenen Entwicklern eindeutig zu interpretieren sein muss. Ebenso dauerte es geraume Zeit für die Verbreitung der Feldbus-Technologie und die Verfügbarkeit einer breiten Produktpalette an Feldgeräten. Ein weiteres Problem entsteht oft durch ungenügende Normkonformität, was erst bei der Inbetriebnahme von Feldbusprojekten zu Tage tritt. Erst mit der Entwicklung von Konfigurations- und Testtools und der Zertifizierung der Geräte war die nötige Reife für offene Feldbusse erreicht. Eine solche Entwicklung verschlingt viel Geld und Zeit. Es dauerte deshalb bis gegen Ende der 90-er Jahre, bis sich einige wenige Busse am Markt in großen Stückzahlen durchsetzten. Marktführer heute sind Profibus, Interbus, CAN und AS-i.

handling: Häufig spielt die Kostenfrage eine entscheidende Rolle bei Investitionen. Gilt das auch für die Bussysteme?

Bender: Der Kostenvergleich zwischen konventioneller und Busverkabelung bringt – abhängig vom gewählten Szenario – beliebige Ergebnisse und kann nicht wirklich der Entscheidungsfindung dienen. Vielmehr führt die Entwicklung von intelligenten Komponenten (und damit einer Migration von Funktionen in die Feldebene) zu dezentralen Systemen, die nur mittels leistungsfähiger digitaler Kommunikation zu realisieren sind. Feldbusse waren deshalb die Enabler für die Dezentralisierung, was ihre Verbreitung in den letzten zehn Jahren beträchtlich beschleunigte.

handling: Welche technischen Argumente sprechen für den Einsatz von Ethernet im Feld?

Bender: Wegen des immer größeren Datenaufkommens und der geforderten hohen Dynamik, zum Beispiel beim Einsatz in der Antriebstechnik, sind hohe Übertragungsraten gefordert. Bussysteme reagieren aber bei hohen Datenraten sehr empfindlich auf die jeweilige Kabelinstallation und zeigen eine verminderte Zuverlässigkeit. Spätestens mit dem Aufkommen von Ethernet setzt sich daher die strukturierte Verkabelung ähnlich wie im Gebäude mit intelligenten Hubs und Switches und einer herkömmlichen Punkt-zu-Punkt-Verbindung auf den „letzten Meter“ immer mehr durch. Diese Technik vermeidet zum einen den langen, dicken Kabelbaum und erlaubt zum anderen am Sensor/Aktor eine sehr zuverlässige, gut beherrschte Installationstechnik mit weit verbreiteten, kostengünstigen Komponenten. Die neue I/O-Link-Technologie ist ein Musterbeispiel für diese Entwicklung.Das Gespräch führte Gunthart Mau

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