ASi-5 als Alternative zu Ethernet

Thomas Rönitzsch, Bihl+Wiedemann GmbH in Mannheim

Inhaltsverzeichnis
1. ASi-5 – Gegenwart statt Zukunftsmusik
2. ASi-5: Starten statt zu warten
3. Was also bietet ASi-5 genau
4. Sichere Konnektivität zur Welt darüber
5. ASi-5 im Praxiseinsatz
6. Multi-Vendor-Lösungen auf der SPS 2023
7. Mit ASi-5 smarter automatisieren
8. Zusammenfassung: Warum AS-Interface und ASi-5?

Innovationen setzen sich immer dann durch, wenn sie Beschränkungen aufheben, einen weiteren Nutzen stiften, Dinge ohne Kompromisse vereinfachen oder Kosten senken – oder alles zusammen. Und wenn sie verfügbar sind – so wie bei ASi-5, der Feldbus-Technologie für die untere Automatisierungsebene. Allein Bihl+Wiedemann bietet bereits eine Vielzahl von ASi-5 Produkten an – von ASi-5/ASi-3 Gateways für eine Vielzahl von Feldbusumgebungen über selbstkonfigurierende digitale E/A-Module bis hin zu einem 1-Port-IO-Link-Master. Auf der Messe SPS 2023 in Nürnberg war zudem eine Multi-Vendor-Wand mit ASi-5 Produkten verschiedener Hersteller zu sehen.

Das Besondere: Für unterschiedliche Branchen und Anwendungsfälle war jeweils eine Applikation zu sehen, in denen die Komponenten verschiedenen Ursprungs über ASi-5 zusammenarbeiteten. Alle Geräte waren über ein einziges ASi Profilkabel an ein ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateway mit integriertem Sicherheitsmonitor, OPC-UA- und Webserver angeschlossen. Die ASi-5 Lösungen stammten dabei von GEMÜ, Sitomatic und SPX für die Prozesstechnik, von Safelog für Picking-Systeme und von Interroll für die Fördertechnik (Intralogistik). Das zeigt, wie weit die Unterstützung für ASi-5 inzwischen vorangeschritten ist. Die verwendeten Produkte sind alle bereits in den Software-Suites von Bihl+Wiedemann – Asimon360 und ASi Control Tools360 – integriert und können damit zusammen mit den ASi-5 Produkten von Bihl+Wiedemann eingesetzt werden.

ASi-5 – Gegenwart statt Zukunftsmusik

Spätestens mit Industrie 4.0, dem Beginn der Digitalisierung im Maschinen- und Anlagenbau sowie dem Vordringen intelligenter Sensoren und Aktuatoren ist in vielen Bereichen der Bedarf an einer leistungsfähigen Infrastruktur gewachsen. Mehr Geschwindigkeit und größere Datenbreite waren daher elementare Entwicklungsziele bei ASi-5. In ihrer Performance, das zeigen die ersten Jahre der Technologie am Markt, deckt die aktuelle AS-Interface-Generation die Anforderungen an die Netzwerkintegration der allermeisten Feldgeräte ab. Damit stellt ASi-5 immer dort eine echte Alternative zu Ethernetlösungen dar, wo diese zu aufwendig und zu teuer sind. Zudem sind sie von der Übertragungsperformance her für den Großteil der Feldgeräte auch häufig überdimensioniert – wenn nicht gerade extrem viele Daten an einzelnen Stellen im Feld übertragen werden müssen, etwa in Verbindung mit einem HMI oder einer Kamera.

Wozu dienen Feldbus und Industrial Ethernet?

ASi-5: Starten statt zu warten

ASi-5 ist längst den Kinderschuhen entwachsen und wurde schon intensiv im Feld getestet. Die Technologie hat sich in vielen Applikationen als Alternative zu Ethernet etabliert. Lager- und Materialflusstechnik, Förder- und Sortieranlagen, Shuttle-Systeme, Kommissioniersysteme, Regalbediengeräte, FTS- und Krantechnik – Anlagen, Maschinen und Systeme wie diese, die früher beispielsweise um Profinet nicht herumkamen, können einfach mit ASi-5 ausgerüstet werden. Sie profitieren schon heute von einer schlanken, leichten und leistungsfähigen Infrastruktur für den Datenverkehr und die Energieversorgung im Netzwerk, die bei Bedarf ohne großen Aufwand und flexibel an neue Erfordernisse adaptiert werden kann. Die von Ethernet gewohnten Funktionalitäten und Diagnosetiefe stehen bei ASi-5 in vergleichbarem Umfang zur Verfügung.

Hauptgrund für den Siegeszug von AS-Interface (ASi) generell ist die einfache Verdrahtung – ohne Stecker, ohne vorkonfektionierte Kabel, ohne besonderen Planungsaufwand im Vorfeld, ohne große Logistik im Lager und auf der Baustelle. Das ASi Kabel kommt von der Rolle und kann passend abgelängt werden. Dies vermeidet unnötige Kabelstrecken. Die Module werden mit Durchdringungstechnik angeschlossen – senkrecht geführte Nadeln dringen in das Profilkabel ein und gewährleisten so eine maximal sichere Kontaktierung.

Was also bietet ASi-5 genau?

Ein Webserver bedient – integriert in das Gateway – gleichzeitig bis zu zwei ASi Kreise mit jeweils bis zu 96 ASi Modulen, an die ihrerseits unterschiedliche Peripherie wie IO-Link-Devices, Sensoren, Aktuatoren, Ventile oder Antriebe angeschlossen werden kann. Während bei Ethernet jede dieser Netzwerkkomponenten ihren eigenen Feldbusanschluss benötigt, reicht bei ASi-5 ein einziger Anschluss, eine IP-Adresse einschließlich der IP-Konfiguration. Außerdem kommen die angeschlossenen Teilnehmer ohne teure Elektronik für eine integrierte Ethernetschnittstelle aus, was sie in der Regel deutlich kostengünstiger macht. All dies spart enorm an Kosten für Hardware und Inbetriebnahme – zumal ASi-5 softwareseitig auch Funktionalitäten wie eine automatische Konfiguration, eine automatische Geräteerkennung, eine Übersicht über alle Geräte im Feldbus sowie differenzierte Diagnosemöglichkeiten mit klaren Hilfestellungen bietet. Im Betrieb gewährleistet der schnelle, redundante Datenaustausch mit den Feldgeräten damit eine robuste Maschinenperformance.

Sichere Konnektivität zur Welt darüber

Als Verdrahtungssystem und Schnittstelle für die unterste Feldebene bietet ASi-5 eine globale Vereinheitlichung auch in die Welt darüber – also in die Welt speicherprogrammierbarer Automatisierungssysteme und damit auch in gängige Feldbusumgebungen wie Profinet, Ethernet/IP, Ethercat, Powerlink oder Sercos. Zusätzlich an Bord als direkte MES-ERP-Schnittstelle – beispielsweise für die Produktionsplanung oder das Condition Monitoring über Cloud-Applikationen – ist der Kommunikations- und Schnittstellenstandard OPC UA. Er ist hersteller- sowie plattformunabhängig, kann mit den genannten Feldbussen kombiniert werden und bietet den Vorteil, umfangreiche Sicherheitsmechanismen zu unterstützen. Damit bietet ASi-5 mit den ASi-5/ASi-3 Gateways von Bihl+Wiedemann eine hohe Datensicherheit. Hinzu kommen funktionale und passive Sicherheit bis SIL3 und PLe.

ASi-5 im Praxiseinsatz

ASi-5 dringt zunehmend in Applikationen vor, die bislang mangels geeigneter Alternativen eine Ethernet-Domäne waren. Das zeigt das Beispiel eines mit ASi-5 ausgestatteten Palettierers. In der Maschine kommen insgesamt 92 digitale Sensoren zur Erkennung von Objekten zum Einsatz, eine IO-Link-Ventilinsel mit 24 Ventilen, 9 Rollenbahnenantriebe, ein Sicherheits-Lichtgitter, zwei Not-Halt-Taster, 2 IO-Link-Signalleuchten und ein IO-Link-Höhenabtastsensor. Um diese Geräte über Ethernet zu vernetzen, wären folgende Feldmodule – jeweils mit separater Ethernetschnittstelle – notwendig gewesen: ein Ethernet-IO-Link-Master mit 8 Ports, 8 Ethernet-E/A-Module und ein Ethernet-Safety-Modul mit 8 Ports und langen Kabeln zum Lichtgitter und zu den zwei Not-Halt-Tastern. Dem Maschinenbauer wären nicht nur Kosten für 10 oft überdimensionierte Module, sondern auch für 10 individuelle Ethernetanschaltungen entstanden – wobei einige Safety- und IO-Link-Ports ungenutzt geblieben wären. Zudem hätte der Inbetriebnehmer mit unterschiedlichen herstellerspezifischen Tools arbeiten müssen.

ASi-5 benötigt dagegen keine separaten Anschaltungen der Module – die Ethernetanbindung der gesamten Applikation erfolgt über eine einzige Schnittstelle im ASi-5/ASi-3 Feldbus-Gateway. Die Komponenten sind zudem preisgünstiger und verursachen deutlich weniger Verdrahtungsaufwand. Schließlich gestaltet sich auch die Inbetriebnahme wesentlich einfacher – beispielsweise, weil eben nur eine IP-Adresse konfiguriert werden muss und die Software-Suite von Bihl+Wiedemann verschiedene Funktionen bei der Einrichtung des Netzwerks automatisch übernimmt. Folglich wurde der Palettierer mit einem ASi-5/ASi-3 Gateway mit integriertem Sicherheitsmonitor, 8 ASi-5 E/A-Modulen, 2 ASi Safety Modulen sowie einem ASi-5 Modul mit vier integrierten IO-Link-Master-Ports ausgestattet. All diese Geräte wurden per Durchdringungstechnik einfach an das ASi Profilkabel angeschlossen.

Multi-Vendor-Lösungen auf der SPS 2023

Wie weit ASi-5 inzwischen auch von anderen Herstellern unterstützt wird, zeigte anschaulich die ASi-5 Multi-Vendor-Wand auf der SPS 2023, die thematisch in verschiedene Bereiche eingeteilt war:

• Prozesstechnik:
  ASi spielt in der Prozessautomatisierung schon immer eine wichtige Rolle. Anlagen bestehen dort häufig aus vielen Anlagenteilen für unterschiedliche Teilprozesse. Es werden viele Ventile eingesetzt – bis jetzt vor allem Ventile mit einfacher Auf-Zu-Funktionalität, die über ASi miteinander verbunden werden. Für den Einsatz von ASi, das auch in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet werden kann, sprechen hier die im Vergleich zu anderen Verdrahtungs- beziehungsweise Feldbuslösungen deutlich reduzierten Kosten für die Installation (ein Kabel, ablängbar nach Bedarf von der Rolle, keine Stecker und Switches, Flexibilität durch bedarfsgerechte Positionierung der Ventile, …) und die Einfachheit des Systems, die sich von der Planung über die Installation und Verdrahtung, die Inbetriebnahme sowie die Fehlersuche bis hin zur Erweiterung erstreckt und gerade in Servicefällen sehr wichtig ist.

  

  Mit der Einführung von ASi-5 ergeben sich auch in der Prozessautomatisierung unter Beibehaltung der bisher schon genutzten Vorteile neue Möglichkeiten. Durch die schnelle Übertragung großer Datenmengen können zukünftig auch komplexere Geräte wie Stellungs- und Prozessregler beziehungsweise Messgeräte, die bislang entweder konventionell oder über teure Bussysteme an die Steuerung angebunden waren, über ASi-5 eingebunden werden. Außerdem macht der neue Standard Applikationen Industrie-4.0-fähig – Stichwort Predictive Maintenance –, weil Sensordaten wie etwa Druck, Temperatur, Feuchte oder Vibration über ASi-5 eingesammelt und – ergänzt um Diagnoseinformationen über das ASi Netzwerk selbst – über ASi-5 Gateways mit OPC-UA-Server an die IT übertragen und dort in Datenbanken gespeichert werden können, um sie bei Bedarf auszuwerten. So lassen sich beispielsweise Wartungsintervalle genauer planen oder reduzieren und damit die Anlagenverfügbarkeit erhöhen.
  In Nürnberg waren auf der Multi-Vendor-Wand eine Ventilanschaltung 4242 mit ASi-5 Schnittstelle von GEMÜ, eine Steuereinheit ASVC 9000-61L S02 von Sitomatic und eine Ventilsteuerung CU4plus ASi-5 von SPX zu sehen.

• Picking-Systeme:
  Safelog, der Spezialist für moderne und intuitive Kommissioniersysteme, nutzt ASi-5 nicht nur in seinen AGVs (Fahrerlosen Transportsystemen), sondern auch für Picking-Systeme. Ziel eines solchen Systems ist es, Kommissionierfehler zu vermeiden und so eine größtmögliche Pickleistung zu erzielen. Die auf ASi-5 basierende Pick-by-Light- und Put-to-light-Technologie eignet sich besonders für die Kommissionierung kleiner und mittelgroßer Teile. Die korrekte Entnahme- und Ablageposition wird dabei durch optische Signale angezeigt, bei einem Fehlgriff erhält der Werker eine Fehlermeldung, die er korrigieren muss, um den Vorgang fortzusetzen. Zur Visualisierung nutzt das System Signallampen und Bestätigungstaster in Form von ASi-5 Fachanzeigen und ASi-5 eTag Displaymodulen. Eine Vielzahl dieser Module, die sich flexibel in unterschiedlichen Topologieausprägungen miteinander kombinieren lassen (und so maßgeschneiderte Lösungen ermöglichen), sind über ein Profilkabel mit der Steuerungseinheit mit integriertem ASi-5 Master verbunden. Durch die unterschiedlichen Frequenzbereiche von ASi-5 und ASi-3 kann diese Lösung auch in eine bestehende ASi Applikation integriert werden.

  

  Die beiden auf der Multi-Vendor-Wand gezeigten Module Picklight 501 und ASi-5 ETAG3″ des Pick-by-Light-Systems nutzen die deutlich höhere Datenbandbreite von ASi-5. Beim ersten Modul Picklight 501 handelt es sich um eine Anzeige mit vier RGB-Segmenten und einem Taster. Um die einzelnen Lampen der Anzeige individuell anzusteuern, müssen 12 bit an Daten über ASi-5 übertragen werden. Das ASi-5 ETAG3″ Modul, das mit zwei Tastern und zwei RGB-Leuchtelementen ausgestattet ist, ersetzt die klassische Auszeichnung der Lagerorte auf Papier durch Anzeigen, die bei Bedarf einfach neu übertragen werden können und so das Lagersystem deutlich flexibler machen. Auch hier wird für die Ansteuerung und die Übertragung der Bilder für die Anzeigen ASi-5 genutzt. Eingesetzt wird das System unter anderem bereits in der „Factory 56“ der Mercedes-Benz Group AG in Sindelfingen.

• Antriebstechnik/Fördertechnik:
  Einfache Installation, hohe Funktionalität und Flexibilität, geringe Kosten – und das alles bei hohem Anwenderkomfort: ASi hat sich als international standardisiertes Verdrahtungssystem auch in der modernen Förder- und Materialflusstechnik schon lange durchgesetzt. Neben Antriebslösungen für die Integration von Rollenantrieben, Drehstrommotoren und Frequenzumrichtern haben verschiedene Hard- und Software-Tools zur Einrichtung von ASi Netzwerken wesentlich dazu beigetragen. Viele Applikationen, vor allem solche, wo es um das Einsammeln von einzelnen Binärsignalen und um unkomplizierte Funktionen wie etwa Start/Stopp geht, können heute kostengünstig mit ASi-3 gelöst werden. ASi-5 macht immer dort Sinn, wo es sich um anspruchsvollere Aufgabenstellungen handelt, bei denen hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und große Datenbandbreiten wichtig sind – etwa für das zyklische Schreiben von Geschwindigkeiten und Rampen oder für detaillierte Diagnosen.

  

  Die beiden auf der Multi-Vendor-Wand gezeigten ASi-5 Module MultiControl ASi Bus 48V und MultiControl ASi Bus 24V von Interroll machen den Anschluss zahlreicher Rollenantriebe in einer Applikation jetzt noch eleganter und kostengünstiger. Die Bauform und die Abmessungen der Gehäuse sowie die integrierten Kabel für Sensoren und Motoren sind für die Montage im Kabelkanal optimiert. An jedem Modul können bis zu vier Motorrollen und bis zu acht Sensoren angeschlossen und versorgt werden. Jede Motorrolle kann dabei individuell angesteuert werden – unter einer einzigen ASi-5 Teilnehmernummer (ASi Adresse). Verschiedene Status-LEDs unterstützen bei der Inbetriebnahme und ermöglichen im Betrieb eine einfache Diagnose der Eingänge oder im Fall eines Motorfehlers. Mit den ASi-5 Kabelkanalmodulen von Interroll können Geschwindigkeit sowie Start- und Stopprampen mit Zykluszeiten bis 1,27 ms stufenlos geschrieben und bis zu vier ZPA-Zonen autark – ohne übergeordnete Steuerung – realisiert werden.

Mit ASi-5 smarter automatisieren

Das breite Produktportfolio von Bihl+Wiedemann bietet schon heute die Möglichkeit, viele Ethernetmodule in der Feldebene ohne Funktions- oder Sicherheitseinbußen durch ASi-5 zu ersetzen. Dazu tragen auch die selbstkonfigurierenden ASi-5 E/A-Module mit der für ASi-5 typischen kurzen Zykluszeit und den kanalspezifischen Diagnosemöglichkeiten bei, die technisch vergleichbar mit Ethernet- oder IO-Link-Lösungen sind, aber den Vorteil einer wesentlich einfacheren und günstigeren Verdrahtung bieten. Ebenso die ASi-5 Module mit integriertem IO-Link-Master: Sie sind kompakt, fein abgestuft in der Anzahl der Ports und damit in der Regel günstiger in der Anschaffung als ethernetbasierte Module. Und schließlich sind auch Industrie-4.0-Themen mit ASi-5 oft smarter realisierbar. Denn zum einen war die effiziente Einbindung von IO-Link-Devices zentraler Bestandteil bei der Entwicklung von ASi-5. Zum anderen ist mit dem OPC-UA-Server, den Bihl+Wiedemann in seine ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateways integriert hat, auch eine zukunftssichere Schnittstelle in die IT-Ebene standardmäßig verfügbar. (ge/co)

Weitere Details zu ASi-5

(Aktualisiert nach der Messe SPS 2023 mit Infos zum aktuellen Stand von ASi-5.)

Zusammenfassung: Warum AS-Interface und ASi-5?

Um Sensoren und Aktuatoren mit einer Steuerung zu verbinden, ist AS-Interface (ASi), das weltweit standardisierte Feldbussystem für die unterste Ebene der Automatisierung, in vielen Branchen und Applikationen seit langem die erste Wahl. Für die herstellerunabhängige Technologie, bei der Daten und Energie gleichzeitig über ein einziges zweiadriges Profilkabel übertragen werden, sprechen nicht nur der drastisch reduzierte Verdrahtungsaufwand mit Hilfe der Durchdringungstechnik ohne Stecker und Switches, die freie Wahl der Topologie und die kostengünstige Integration von Safety auf derselben Infrastruktur, sondern auch seine Zukunftssicherheit.

Mit der neuen AS-Interface Generation ASi-5 (inklusive ASi-5 Safety), die abwärtskompatibel zu allen bisherigen ASi Generationen ist und parallel mit diesen auf der gleichen Leitung verwendet werden kann, lassen sich größere Datenmengen jetzt deutlich schneller übertragen und intelligente Sensoren und Aktuatoren mit ASi-5 und IO-Link-Schnittstelle einfach integrieren. Dadurch ergeben sich zum einen viele neue Einsatzmöglichkeiten für die ASi Technologie und ihre Produkte. Zum anderen können jetzt auch immer mehr konkrete Anwendungsfälle im Sinne von Industrie 4.0 umgesetzt werden, weil mit ASi-5 nicht nur ein leistungsstarkes Datenshuttle aus der Feldebene in die OT und IT zur Verfügung steht, sondern mit den ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateways mit OPC-UA-Schnittstelle auch eine zukunftssichere Konnektivität in IT-Systeme.

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