Lapp zur Auflösung der Automatisierungspyramide

Industrial Data Communications

Lapp zur Auflösung der Automatisierungspyramide

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Mit der Industrie 4.0 wächst die Datenkommunikation rasant – Daten sind der Rohstoff des 21. Jahrhunderts. Damit sie in Bewegung bleiben, benötigen Industrieunternehmen eine leistungsfähige Infrastruktur. Dies hat zur Folge, dass sich die klassische Automatisierungspyramide auflösen und in eine Infrastruktur ohne Hierarchie umwandeln wird. Betriebe setzen schon jetzt immer häufiger auf Ethernet-Kommunikation.

Bernd Müller für die U.I. Lapp GmbH, Stuttgart

Inhaltsverzeichnis

1. Standardisierungsbestrebungen
2. Das Problem der Echtzeitfähigkeit
3. Eine Branche im Wandel
4. Alles aus einer Hand

 

Datennetze in Fabriken müssen schnell, echtzeitfähig und standardisiert sein, fordert Oliver Riedel, Professor am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart. „Doch bis dahin sind noch einige Hausaufgaben zu erledigen“, ergänzt er. Denn in vielen Betrieben dominieren immer noch einzelne voneinander softwaretechnisch und physikalisch getrennte Netze. Jede Ebene der sogenannten Automatisierungspyramide – von der Leitebene bis zur Feldebene – arbeitet hier mit einer eigenen Infrastruktur sowie eigenen Protokollen. „Diese unterschiedlichen Netze werden verschmelzen und die Automatisierungspyramide wird sich dadurch Schritt für Schritt auflösen“, erklärt Oliver Riedel. Statt hierarchischen Kommunikationsstrukturen in der Automatisierung erwartet er flexible Hierarchien, in denen Cyber-physische Systeme untereinander, mit der Unternehmens- IT sowie mit der Cloud über ein engmaschiges Netzwerk Informationen austauschen. Was diesem Ziel entgegensteht, ist die große Zahl der verbreiteten Kommunikationsstandards.

Standardisierungsbestrebungen

Über die Einhaltung der Standards für Ethernet wacht das Institute of Electrical and Electronics Engineers, kurz IEEE. Diese Überwachung funktioniert bei Anwendungen im Büroumfeld sehr gut. Anders sieht es allerdings in Fabriken aus. Mittlerweile gibt es mehr als 20 Industrial-Ethernet-Systeme, die sich alle mehr oder weniger in den technischen Details unterscheiden und daher inkompatibel sind. Dazu kommen mehr als 50 Feldbussysteme wie Profibus oder CANopen, die von Anbietern von Automatisierungstechnik favorisiert werden, in der Regel aber untereinander nicht kompatibel sind. Dennoch sind diese Systeme in Industrieunternehmen weit verbreitet, weil sie als robust gelten. Sie übertragen kleinere Datenpakete als Ethernet, sind dafür aber echtzeitfähig.

Es gibt auch von der IEEE Bestrebungen, die standardisierte Echtzeitfähigkeit zu implementieren, doch bisher ist dies mit Ethernet nur bedingt möglich. Dass Ethernet-Systemen die Zukunft gehört, legen aktuelle Marktdaten nahe. Demnach basieren schon heute mehr als 50 % aller installierten Knoten auf Industrial Ethernet, und die Technologie verzeichnet ein Wachstum von 22 % pro Jahr, während Feldbussysteme nur noch um 6 % zulegen. Und laut Professor Riedel ist es unausweichlich, dass die vielen Vernetzungsstandards zu einem Standard konvergieren werden.

Das Problem der Echtzeitfähigkeit

In Zusammenhang mit der Echtzeitfähigkeit stellt das Time Sensitive Network, kurz TSN, eine vielversprechende Möglichkeit dar. Es handelt sich dabei um einen Standard, der auf einem Vorschlag des Ethernet-Gremiums basiert. Ein großer Vorteil von TSN liegt darin, dass es nicht aus dem Automatisierungsumfeld stammt, sondern aus dem Audio-/Video-Bereich. Dadurch stößt es eventuell auf weniger Ablehnung und Konkurrenzdenken innerhalb der Branche. Konzerthallen nutzen dieses Echtzeit-Ethernet, damit Tonsignale aus unterschiedlichen Mikrofonen an die zahlreichen Lautsprecher stets ohne Laufzeitunterschiede gespielt werden. Auf die Automatisierung übertragen wären alle Teilnehmer eines TSN-Netzwerks zeitsynchronisiert. Darüber hinaus besitzt TSN sogenannte Verkehrsklassen mit unterschiedlichen Zeitfenstern, die eine Priorisierung von Daten nach Bandbreite und Zeittreue erlauben. Informationen, die wichtig sind und keine Verzögerung erlauben, können somit eine höhere Priorität erhalten. TSN sorgt also dafür, dass Daten rechtzeitig dort ankommen, wo sie gebraucht werden. Es enthält aber keine Information, was diese Daten bedeuten. Dafür sorgt mit OPC UA ein Kommunikationsprotokoll zum Datenaustausch zwischen cyberphysischen Systemen, das mittlerweile in der Kommunikation für Industrie 4.0 als Quasi-Standard akzeptiert ist.

Eine Branche im Wandel

Traditionell wird das Portfolio bei Lapp von Produkten für Feldbussysteme dominiert. Doch mittlerweile finden Anwender dort auch alles, was sie zur Vernetzung mit Industrial Ethernet benötigen – von den Kabeln über Stecker bis hin zu einbaufertig konfektionierten Leitungen aus dem Ölflex-Connect-Programm. Ein Beispiel dafür ist die Etherline PN Cat.6A FC mit 10 Gbit/s bei 500 MHz Bandbreite. Bei ihr fehlen Paarschirmung, Innenmantel und Trennkreuz, wodurch sie fast-connect-fähig ist, was eine schnelle und sichere Konfektion ermöglicht. „Unsere Produkte sind außerdem herstellerneutral und immer auf die Anwendung zugeschnitten. Das heißt, sie können für alle gängigen Kommunikationssysteme eingesetzt werden“, betont Guido Ege, Leiter Produktmanagement und -entwicklung bei Lapp. Darüber hinaus hat das Unternehmen zwei Trends ausgemacht: Zum einen werden Hybridleitungen, sogenannte Ein-Kabel-Lösungen, künftig größere Bedeutung im Markt erlangen. Zum anderen zeichnet sich ein Trend zum Downsizing ab: Waren beim bisherigen Ethernet zwei oder vier Adernpaare notwendig, kann durch Single Pair Ethernet über ein Adernpaar bis zu 1 Gbit/s übertragen werden.

Alles aus einer Hand

Die Anforderungen an die Verbindungstechnologien selbst und deren Vielfalt steigen also stetig. Dadurch wird es für viele Anwender immer schwieriger, den Überblick zu behalten, welche Produkte und Kombinationen für ihre speziellen Anforderungen geeignet sind. Lapp bietet hier seine Expertise an, da oft ein ganzheitliches Verständnis, das über das reine Produkt-Know-how hinausgeht, wichtig ist. „Wir bezeichnen uns als Kundenversteher und Lotse“, sagt Georg Stawowy, Vorstand der Lapp Holding AG für Technik und Innovation. Damit ist gemeint, dass das Unternehmen die Herausforderung des Kunden versteht und für ihn eine Lösung maßschneidert. Diese umfasst die passenden Produkte aus dem Produkt-Portfolio, wenn nötig auch Spezialanfertigungen, sowie – immer häufiger nachgefragt – die einbaufertige Konfektionierung bis hin zum Engineering. „Dazu gehört auch, die Kunden mit dem aktuellen Wissen zu versorgen, etwa über Webinare oder Erklärvideos“, ergänzt Stawowy. Diese Schulungsaktivitäten sollen künftig ausgebaut werden und schon jetzt kann man unter www.lappgroup.com/elearning Lernmodule zum Thema Industrial Data Communication abrufen. ik

www.lappkabel.de

Weitere Informationen zu den Datenübertragungssystemen für die Ethernet-Technologie von Lapp:

hier.pro/rPSUg

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