Daten und deren Vernetzung sind die Grundlage des Internet of Things (Bild: Fotolia; bluebay2014).

Daten und deren Vernetzung sind die Grundlage des Internet of Things (Bild: Fotolia; bluebay2014).

Mit dem Internet der Dinge (IoT) und Industrie 4.0 rücken der Datenaustausch und die Kommunikationsschnittstelle in den Fokus der Automatisierungsgerätehersteller. Die Herausforderung ist, alle Kommunikationsfunktionen über eine einzige Schnittstelle abzuwickeln.

Eines ist klar: In der Industrie 4.0 hat die Kommunikationsschnittstelle eine Schlüsselfunktion. Datenvolumen und -geschwindigkeit steigen rasant, und Sicherheit spielt eine immer wichtigere Rolle. Zukunftsfähige Automatisierungskomponenten müssen heute sowohl die bewährten industriellen Feldbus- und Industrial-Ethernet-Netzwerke für die Prozessdatenübertragung als auch die TCP/IP-basierten Protokolle der IT-Technik unterstützen.

Das bleibt hängen

Eine Schnittstelle für alle Netzwerke

Kommunikation ist der Schlüssel zur Vernetzung, wie sie die Industrie 4.0 fordert. Für den Austausch von Daten gibt es jedoch eine Vielfalt von Standards und Protokollen. Eine praktische Lösung ist, für all diese Varianten einfach nur eine Schnittstelle zu verwenden, wie zum Beispiel die Anybus CompactCom 40er-Serie. Die Kommunikations-Module von HMS unterstützen alle führenden, industriellen Netzwerke, eignet sich aber insbesondere für Industrial Ethernet im High-End-Bereich, für TCP/IP-basierte Applikationen mit großen Datenmengen sowie für Feldbusanwendungen mit schnellen Netzwerkzyklen.

Sie basieren auf dem von HMS entwickelten Anybus-NP40-Multiprotokollchip. Die Schnittstellen der 40er-Serie gibt es als embedded Modul-, Brick- oder Chip-Lösung. Da die Compactcom-40er-Serie praktisch „Null Verzögerung“ zwischen Applikation und Netzwerk hat, ist sie für hoch performante, taktsynchrone Applikationen wie Servo-Antriebe geeignet. do

Die Herausforderung für Gerätehersteller liegt insbesondere darin, alle Kommunikationsfunktionen über eine einzige leistungsfähige Kommunikationsschnittstelle abzuwickeln. Geräte, die diese Forderungen erfüllen, sind gut gerüstet für die Zukunft mit Industrie 4.0 und dem industriellen Internet der Dinge.

Kommunikationstechnik für die letzte Meile

Datenaustausch Symbolbild Cloud Vernetzung

Daten und deren Vernetzung sind die Grundlage des Internet of Things (Bild: Fotolia; bluebay2014).

Eine besondere Rolle spielt dabei die „letzte Meile“. Darunter versteht man in der Automatisierungstechnik die Strecke zwischen den Steuerungen (SPS, IPC) und ihren untergeordneten Feldgeräten. In den Anfangszeiten der Bussysteme wurden auf der letzten Meile fast ausschließlich Prozessdaten (E/A) über Feldbusse ausgetauscht. Auch die Datenmenge war damals noch überschaubar.

Moderne Kommunikationsnetzwerke wie Profinet, Ethernet/IP, Ethercat und Powerlink bieten heute die Möglichkeit, simultan zur Echtzeit-Prozessdatenübertragung auch IT-Daten sowie sichere E/A-Signale über ein und dasselbe Kabel zu übertragen. Integrierte 2-Port-Switche vereinfachen die Installation und erhöhen die Verfügbarkeit der Anlagen dank integrierter Redundanzmechanismen.

Auch wenn die für den Anwender nutzbaren Funktionen der einzelnen Bussysteme sehr ähnlich sind, haben die Busprotokolle im Detail wenig gemeinsam. Da es den einen Standard auch weiterhin nicht gibt, setzen Gerätehersteller zunehmend Multiprotokollschnittstellen ein und verbinden so ihre Geräte mit der ganzen Vielfalt der industriellen Netzwerke.

Die vierte Generation

Einschätzung der Marktanteile aus Sicht von HMS für 2015 auf Basis der rund drei Millionen Feldbus- und Ethernet-Anschaltungen im Bereich der Fertigungsautomation, die das Unternehmen bisher weltweit verkauft hat,  sowie einer Auswertung von aktuellen Studien bekannter Marktforschungsinstitute (Bild: HMS Industrial Networks).

Einschätzung der Marktanteile aus Sicht von HMS für 2015 auf Basis der rund drei Millionen Feldbus- und Ethernet-Anschaltungen im Bereich der Fertigungsautomation, die das Unternehmen bisher weltweit verkauft hat, sowie einer Auswertung von aktuellen Studien bekannter Marktforschungsinstitute (Bild: HMS Industrial Networks).

Die Experten für industrielle Kommunikation von HMS Industrial Networks stellen mit der vierten Generation der Anybus-Kommunikationstechnologie nun eine sehr schnelle und zugleich flexible Lösung zur Einbindung von Automatisierungsgeräten in industrielle Kommunikationsnetze vor.

Anybus-Kommunikationsschnittstellen der vierten Generation (40er-Serie) unterstützen über eine einzige Kommunikationsschnittstelle schnelle Ethernet-basierte Real-Time-Protokolle wie Profinet IRT, Ethernet/IP, Ethercat oder Powerlink und führen darüber hinaus, quasi simultan, IT-Funktionen wie Zugriffe auf geräteinterne Webseiten durch oder übertragen Diagnose- und Qualitätssicherungsdaten über TCP/IP-basierte IT-Protokolle.

Ähnlich wie HD-Ready-TVs werden Automatisierungsgeräte mit Anybus-Kommunikationstechnik der vierten Generation sozusagen IoT-ready. Gerätehersteller sind damit für die weitaus höheren Anforderungen der Zukunft gerüstet und sparen im Vergleich zu Eigenentwicklungen bis zu 70 Prozent der Entwicklungskosten. Auch die Time-to-Market sinkt. Unabhängig von der Bauform ist die Software-Schnittstelle zwischen dem Anybus-Kommunikationsinterface und dem Applikationsprogramm des Automatisierungsgerätes immer gleich und weitestgehend unabhängig vom jeweils eingesetzten Busprotokoll.

Bei der vierten Generation der Technologie hat das Unternehmen die Software-Schnittstelle hinsichtlich Datendurchsatz, Netzwerkunabhängigkeit und Einfachheit der Integration in die Gerätesoftware verbessert. Durch zwei klar getrennte und voneinander unabhängige Kanäle wird dem Thema Security bereits auf unterster Ebene Rechnung getragen. Für die taktsynchrone Übertragung der E/A-Daten wird der dreifach gepufferte Prozessdatenkanal benutzt. IT-Funktionen und Parameter werden über einen Messaging-Kanal mit bis zu 1524 Byte großen Datenbereichen übertragen.

Einbaufertig oder anpassbar

Die Anybus-Compactcom-40er-Serie in den Formfaktoren Chip, Brick und Modul. Diese vierte Generation der Anybus-Lösungen ist IoT-ready (Bild: Bild: HMS Industrial Networks)

Die Anybus-Compactcom-40er-Serie in den Formfaktoren Chip, Brick und Modul. Diese vierte Generation der Anybus-Lösungen ist IoT-ready (Bild: Bild: HMS Industrial Networks)

Gerätehersteller kommen am schnellsten mit dem einbaufertigen, in sich gekapselten Kommunikationsmodul zum Ziel. Die komplette Hard- und Software der Kommunikationsschnittstelle einschließlich der Steckverbinder sind in einem Elektronikmodul integriert, das in einem entsprechend vorbereiteten Steckplatz im Automatisierungsgerät eingesteckt wird. Die Anybus Brick-Module hingegen lassen dem Entwickler mehr Freiheitsgrade bei der Auswahl der Steckverbinder und der Positionierung des Moduls im Automatisierungsgerät.

Hersteller, die ihre Geräte in sehr hohen Stückzahlen fertigen und daher oft auf Modularität verzichten, können den Anybus NP40 Chip nebst Softwarestacks lizensieren und so die Anybus-Kerntechnologie nahtlos in ihre Geräteelektronik integrieren. Die Solution Center des Unternehmens realisieren auch individuelle Ausführungen nach Kundenanforderung.

Für eine zukunftssichere Investition ist vor allem eine breite Vielfalt an Kommunikationstechnik wichtig, um Zukunft und Vergangenheit zu verknüpfen. Der Schritt zu Industrie 4.0 fordert aber noch mehr: Teamwork ist gefragt, Kommunikation über die Grenzen der Bussysteme hinweg und schnelle Einbindung in Systeme, welche die eigentliche Produktion und Planungsebene koordinieren. Dabei erscheint der Weg der skalierbaren Leistungsauswahl mit einer flexiblen Kommunikationsschnittstelle sinnvoll.  do

Autor: Michael Volz, HMS Industrial Networks