(openPR) Um neue Maschinenkonzepte umzusetzen, verwenden immer mehr Hersteller Industrial-Ethernet-Lösungen. Die Eigenschaften von SERCOS III ermöglichen es Marktführern im Maschinenbau, neue Wege zu gehen und innovative Ideen zu verwirklichen, die früher an den Limitierungen traditioneller Feldbusse scheiterten.
Es dauerte rund 10 Jahre, bis das von Vint Cerf entworfene TCP/IP-Protokoll am 1. Januar 1983 offiziell zum alleinigen Standard des Internets wurde. Und es dauerte nochmals 10 Jahre, bis Tim Berner-Lee eine Idee hatte, wie das Internet durch eine völlig neue Anwendung für jedermann interessant und nutzbar sein könnte. Durch das World Wide Web wandelte sich das Internet vom reinen Datennetz zum weltumspannenden Informationsnetzwerk.
Innovative Anwendungen sind der Schlüssel, um das volle Potenzial neuer Technologien freizusetzen. Niemand wechselt seine technologische Plattform, um damit ähnliche Ergebnisse wie vorher zu erzielen. Doch selbst wenn eine Technologie eingeführt ist, vergeht noch einige Zeit, bis genügend Komponenten verfügbar sind und sich die Ingenieure mit den neuen Möglichkeiten auseinandersetzen konnten. Kommen Volumen und Ideen zusammen, ist die Zeit reif für den nächsten Schritt der technologischen Entwicklung.
Deshalb kann es nicht überraschen, dass im Maschinenbau die Ablösung traditioneller Feldbusse durch Industrial-Ethernet-Lösungen nicht über Nacht erfolgte. Die technischen Vorteile liegen zwar auf der Hand, doch sie machen funktionierende Systeme nicht automatisch obsolet. Dass es eine ganze Reihe konkurrierender Lösungen gibt, die allesamt Ethernet-Technologie im Maschinenbau nutzen wollen, erschwert den Wechsel zusätzlich. Anwender und Entwickler müssen das Für und Wider genau abwägen. Wie viele Anbieter unterstützen eine Lösung? Wie präzise sind die Standards normiert? Deckt eine Lösung alle Anwendungsfelder ab oder ist sie für einen Bereich optimiert? Wie stark können einzelne Anbieter die künftige Entwicklung beeinflussen?
Nachdem Industrial Ethernet einige Zeit als reine Zukunftsmusik galt, zeichnet sich nun ein neuer Trend ab: Hersteller und Anwender haben sich mit der neuen Technik vertraut gemacht und arbeiten an der konkreten Umsetzung innovativer Maschinenkonzepte, die sich die Vorteile von Industrial Ethernet zu nutze mache. Pilotanwendungen laufen zwar bereits seit einiger Zeit, doch seit 2006 steigt die Zahl der tatsächlich lieferbaren Antriebe und Steuerungen spürbar an. Das ist die notwendige Basis, auf der führende Anbieter an der nächsten Maschinengeneration arbeiten. Viele Marktführer entscheiden sich dabei für SERCOS III als Plattform für den gezielten Einstieg in die Ethernet-Welt.
Ein Beispiel ist der Dürr Konzern, einer der weltweit führenden Anbieter von Produkten, Systemen und Dienstleistungen, die vor allem in der Automobilindustrie Verwendung finden. Dürr liefert unter anderem effiziente, hochautomatisierte Lackieranlagen, die künftig auf Basis von Industrial Ethernet laufen sollen. „Für uns ist das ein technischer Quantensprung“, sagt Dr. Alexander Meissner, Leiter Produkte Steuerungstechnik bei der Dürr Systems GmbH, „bislang verwenden wir zwei Busse parallel, um Bewegungs- und Prozessdaten sicher zu übermitteln. Mit Industrial Ethernet genügt nicht nur ein einzelnes Kabel für beides, wir können auch die Taktzeiten heruntersetzen und viel genauere Diagnosen bei Problemen erstellen.“ Für die Anforderungen von Dürr genügt der Datendurchsatz eines normalen Feldbusses angesichts der Vielzahl von Achsen in einem Lackiersystem nicht mehr.
„Wir haben uns lange mit Ethernet beschäftigt, weil wir noch viel mehr Daten im laufenden Betrieb nutzen wollen und gleichzeitig immer schneller und präziser arbeiten wollen“, erläutert Alexander Meissner, „gleichzeitig können wir mit einem schnelleren Bus besser auf Ereignisse reagieren.“ So arbeitet Dürr an einer intelligenten Diagnostik, die „dem Schichtführer um 3 Uhr morgens nicht nur einen Fehler anzeigt, sondern im Display anzeigt, welches Ventil nicht öffnet.“ Die präzise Lokalisierung von Fehlern senkt die Standzeiten von Maschinen, was für die Anwender ein wesentlicher Vorteil ist.
„Weil wir Bewegungs- und Prozessdaten parallel über einen Bus schicken, brauchen wir höchste Zuverlässigkeit und sehr hohe Performance. Ein weiteres entscheidendes Kriterium ist für uns echte Synchronität, um die Abläufe zu optimieren“, berichtet Meissner, „wir haben uns deshalb für SERCOS III entschieden, das alle drei Kernanforderungen erfüllt.“
Die Real-Time-Ethernet-Lösung SERCOS III bietet einen Datendurchsatz von 100 MBit pro Sekunde und Zykluszeiten von nur 31,25 µs (ein Lidschlag dauert ca. 330.000 µs). Der integrierte Kommunikationschip erlaubt die direkte Kommunikation zwischen den Ausführeinheiten und ersetzt beim Netzwerkaufbau teure Kontrolleinheiten wie Hubs und Switches. Seit 1995 ist das SERCOS-Antriebsprofil in der IEC-Norm 61491 standardisiert. Im Zuge der Entwicklung von Industrial Ethernet gewinnt nun die IEC 61800-7 (Antriebsprofile) und die IEC 61784/61158 (Industrielle Kommunikationsnetze) an Bedeutung. Auch hier ist das bewährte Antriebsprofil, das allen drei SERCOS-Generationen zu Grunde liegt, sowie das SERCOS Echtzeit-Protokoll festgeschrieben. Ein zertifiziertes Safety-Profil garantiert die sichere Datenübertragung von sicherheitsrelevanten Informationen.
„Die Vereinfachung der Safety-Funktionen ist ein Ziel, das wir massiv anstreben“, sagt Andreas Birkenfeld, Bereichsleiter Konstruktion Systemtechnik bei der Koenig & Bauer AG (KBA). KBA stellt leistungsfähige Rollen- und Bogenoffsetdruckmaschinen her, bei denen sich schnell bewegende Achsen beim Farbauftrag sehr präzise zusammenarbeiten müssen. „Wir legen großen Wert auf Sicherheit, was in der Praxis bedeutete, mehrere Informationswege parallel betreiben zu müssen“, erläutert Andreas Birkenfeld, „Mit dem zertifizierten Safety-Protokoll von SERCOS III genügt ein einziges Kabel und wir haben nur noch eine Programmierebene für alle Funktionen. Das ist eine große Erleichterung in der Entwicklung, weil die Qualität steigt und der Aufwand sinkt.“
Gemäß der neuen Norm EN 13849 für Maschinensicherheit müssen die Hersteller ab November 2009 die funktionale Sicherheit von Maschinen nachweisen, deren Sicherheitsfunktionen von einer Steuerung abhängen. Dies führt zu einem steigenden Dokumentationsbedarf. „Wir haben bereits Tausende Stunden investiert, um unsere bestehenden Systeme normgerecht zu zertifizieren“, berichtet Birkenfeld, „Integrated Safety macht diesen Prozess wesentlich einfacher.“
KBA setzt in seinen Druckmaschinen bereits SERCOS II ein, so dass der Wechsel auf die dritte SERCOS-Generation leicht fiel. Vorhandene Motion Control Profile können weiterverwendet und schnell angepasst werden. Weitere Vorteile verspricht man sich von der direkten Querkommunikation von Einheiten sowie den Ethernet-Kupferkabeln, die in einer Druckmaschine weniger stark altern als die Leuchtdioden von Lichtwellenleitern.
Während KBA Industrial Ethernet schrittweise einführt, hat sich die ROVEMA Verpackungsmaschinen GmbH für einen kompletten Technologiewechsel entschieden. „Wir stellen unseren kompletten Maschinenpark auf SERCOS III um“, berichtet Erhard Lutz, Leiter Elektronik Entwicklung bei ROVEMA. Das Unternehmen verwendete in den Kernsystemen eine analoge Ansteuerung und überspringt nun die Feldbus-Phase komplett. „Wir wagen den großen Sprung und setzen gleich auf ein modernes und zukunftssicheres Bussystem“, sagt Lutz Erhard, „das ist kein Selbstzweck, weil sich unsere Kunden nicht dafür interessieren, wie die Anlagen im Detail funktionieren, so lange sie die erforderliche Leistung und Zuverlässigkeit bieten.“
Weltweit sind über 25.000 Verpackungsmaschinen und –anlagen von ROVEMA im Einsatz. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an eine neue Technologie, die sehr hohe Qualitätsanforderungen erfüllten muss. „Eine einheitliche und durchgängige Schnittstelle bis zum digitalen I/O und bis zum einzelnen Motor hat viele Vorteile“, fasst Erhard Lutz zusammen, „die Installation ist wesentlich einfacher, wir bekommen neue Diagnose-Möglichkeiten und können durch TCP/IP Daten weltweit versenden.“ ROVEMA hat verschiedene Industrial-Ethernet-Lösungen geprüft und sich schließlich für SERCOS III wegen der Zuverlässigkeit, der Durchgängigkeit und der klar standardisierten Protokolle und Profile entschieden.
Das schnelle Bussystem erlaubt Verpackungsmaschinen genauer zu überwachen, etwa wenn bei einer Schlaubeutelmaschine eine Folie hängenbleibt und Füllgut auf ein Siegelwerkzeug fällt. Mit SERCOS III ist eine schnelle Produktabtastung möglich, die das Aufheizen des Elements verhindert und so die Reinigung erleichtert. Außerdem kann das Personal direkt auf das Problem hingewiesen werden, damit es schnell beseitigt werden kann. „Ein schneller Bus mit den Kommunikationsmöglichkeiten von Ethernet öffnet bezüglich Überwachung und Wartung eine völlig neue Welt“, sagt Lutz.
Wie die Beispiele zeigen, gerät der Markt in Bewegung, Industrial Ethernet hat die nötige kritische Masse erreicht, um nicht nur in Spezialanwendungen, sondern auch im Hauptmarkt beweisen zu können. Marktführende Maschinenbauunternehmen zeigen mit ihren Investitionen, dass mit schnellen, echtzeitfähigen Ethernet-Lösungen neue Konzepte möglich sind, die den Nutzen für den Kunden spürbar verbessern. Der Durchbruch, der beim Internet über 20 Jahre dauerte, geht hier schneller vonstatten.
