Ethernet im Maschinenbau - Teil 2

Vernetzung von Maschinennetzwerken

Heutzutage sind Fabriken keine Fertigungshallen voller Rauch und Feuer mehr, sondern hochkomplexe Anlagen. Es bedarf einer zentralen Steuerung, Maschinen und Mitarbeiter zu koordinieren, um höchstmögliche Effizienz und Flexibilität zu gewährleisten. Dazu hat es in den letzten Jahren technologische Entwicklungen gegeben, die dies ermöglichen. Maschinen sind durch Software miteinander vernetzt und geben so Feedback über ihre Produktivität.

Softwareansätze

Um ein komplettes Unternehmen zu vernetzen, benötigt es drei allgemeine Softwaretypen. SCM (Supply Chain Management) fokussiert den Einkauf und die Lagerhaltung, ERP (Enterprise Resource Planning) konzentriert sich auf das Unternehmensmanagement und MES (Manufacturing Execution System) hilft bei der Projektierung und Überwachung von Projektleitsystemen. Das Entscheidende für Unternehmen ist, diese drei Softwarelösungen so miteinander zu vernetzen, dass alle Bereiche des Unternehmens einfach, komfortabel und möglichst ohne Störungen miteinander kommunizieren können. Ethernet im Maschinenbau wird eben erst dann effizient, wenn es eine komplette Vernetzung möglich macht, also nicht nur eine zwischen Computern, sondern auch zwischen Aktoren, Sensoren und Computern.
Um dies zu erreichen, versucht die International Electrotechnical Commission (IEC) eine einheitliche Norm für Ethernet im Maschinenbau einzuführen, was jedoch etwas auf sich warten lässt.

Vernetzung von Büro- und Maschinennetzwerken - Das Ethernet

Die Wichtigkeit von Ethernet im Maschinenbau lässt sich allein daran festmachen, dass die Umstellung auf dieses System die häufigste Änderung von Maschinenbauern im Jahre 2009 war. 39% der Befragten beabsichtigten Änderungen im Bereich der internen Kommunikation und die zeitgemäße Umstellung zum Ethernet. Zwischen 2005 und 2008 stieg die Anzahl der mit Ethernet ausgerüsteten Maschinen von 8% auf 30%, was den signifikanten Anstieg der Technologie zeigt. Darüber hinaus zeigte sich in diesen drei Jahren ein Trend hin zu TCP/IP und weg von Echtzeit-Ethernet.

In den folgenden Jahren verstärkte sich der Trend hin zu Ethernet im Maschinenbau. Im Jahr 2010 war circa jede zweite Maschine mit Ethernet ausgerüstet, und 29% mit der TCP/IP Technologie. Echtzeit-Ethernet im Maschinenbau wurde von 21% der Nutzer verwendet, zeigte aber Wachstumsraten von ca. 40%.

Auch 2012 beabsichtigten immerhin noch 26% der untersuchten Maschinenbauer die Feldbusse an ihren Maschinen zu ändern. Dies bedeutet, dass der Markt für die Ethernet- Technologie weiter wachsen kann, vor allem, weil die Technologien weiter verfeinert werden. Wie auch die Produktion immer komplexer wird, muss auch die Technologie immer wieder Lösungen bereithalten, um den Anforderungen gerecht zu werden.

TCP/IP vs. Echtzeit Ethernet

Die Gründe für eine verstärkte Nutzung von TCP/IP liegen in den Schwächen des Echtzeit-Ethernets im Maschinenbau. Dieses erleichtert die Projektierung nicht im gewünschten Ausmaße. Des Weiteren müssen mit dieser Technologie auch mehrere Feldbusse verwendet werden, was die Betriebskosten unnötig erhöhen würde. Bei einem TCP/IP Netzwerk ist der große Vorteil, dass große Datenmengen an jede Adresse im Netzwerk gesendet werden können, aber auch Netzwerke sollen standardisiert werden. So forderte die IEC auch hier eine Normierung, damit alle verfügbaren Netzwerklösungen für die Bedingungen in Betrieben geeignet sind. Auch wenn Kohleöfen aus Fertigungsanlagen verschwunden sind, steril werden sie wohl niemals sein. 2007 wurde dann die SERCOS III Lösung Bestandteil der IEC Normen, und bietet seitdem berechenbare Netzwerklösungen für Ethernet im Maschinenbau an.

SERCOS III

SERCOS III (Serial Communication System) ist ein internationaler Standard für Ethernet im Maschinenbau. Seit über 20 Jahren bietet es Lösungen zur Vernetzung von Fertigungsstellen, Antrieben und Steuerungen. In der dritten Generation unterstützt SERCOS Ethernet im Maschinenbau und markiert damit einen Meilenstein. Es bietet eine Datengeschwindigkeit von 100Mbit/s und, in weiterentwickelten Varianten, eine Nutzung von CAT5 Kupferkabeln. Schnelle Kommunikation ist auch dadurch gesichert, dass der Master stets mit allen Slaves im Netzwerk kommunizieren kann und zusätzlich die direkte Kommunikation zwischen verschiedenen Teilnehmern im Netzwerk ohne einen Zwischenschritt beim Master (so genannte Cross Communication) möglich wird. Dies reduziert den Datenaufwand und beschleunigt die Kommunikation enorm. Weitere Vorteile von SERCOS III sind die effiziente Ringstruktur des Netzwerks, ein geringer Verdrahtungsaufwand und daher eine Kostenersparnis sowie zahlreiche Sicherungsfunktionen, die einen störungsfreien Ablauf garantieren. Zur Optimierung des Netzwerks braucht es darüber hinaus weder Hubs noch Switches, die meist sehr teuer in der Anschaffung sind. Heute bieten mehr als 80 Unternehmen SERCOS III Lösungen an und entwickeln diese weiter. Ein weiterer Vorteil der SERCOS III Lösung für Ethernet im Maschinenbau ist die Einbindung von Echtzeit Ethernet zu non-real-time Informationen. Dadurch kann jeder ethernetfähige Computer jederzeit mit dem Netzwerk kommunizieren und daran angeschlossen werden. Die Nutzung beider Systeme erlaubt es, verschiedenste Geräte in einem Netzwerk miteinander kommunizieren zu lassen. Computer müssen daher nicht real-time kommunizieren, denn dies ist auch nicht immer möglich.

Ethernet im Maschinenbau ist immer noch eine sehr neue Technik, die dennoch schon in den meisten Unternehmen verwendet wird. Sie wird stets weiterentwickelt und scheint, bis zur Etablierung einer neuen, effizienteren Norm, der Standard für die Kommunikation innerhalb von Unternehmen zu sein.