Ethernet im Maschinenbau - Teil 3

Das Netzwerk der Zukunft

Ethernet gehört mittlerweile zur Ausstattung vieler produzierender Betriebe. Es erhöht im Maschinenbau die Effizienz der Produktion, da es eine Optimierung des Verhältnisses von Aufwand und Resultat, also der Dauer der Herstellung dem fertigen Produkt gegenüber, ohne eine immense Erhöhung des Kostenfaktors ermöglicht.

Ethernet als Netzwerk der Zukunft im Maschinenbau

Die Vielschichtigkeit und Komplexität von Produktionsprozessen steigt und damit auch die Komplexität der Koordination der Produktion. Mittlerweile reichen dafür die Feldbussysteme, die noch vor 20 Jahren High-Tech waren, nicht mehr aus.

Durch die Nutzung von Industrial- und Fast-Ethernet Systemen im Maschinenbau wird der Austausch von Daten zwischen den Aktoren des Herstellungsprozesses stark beschleunigt und vereinfacht. Die meisten Ethernet-Systeme zeichnen sich durch Echtzeit-Kommunikation aus, welche durch hohe Synchronität und geringe Zykluszeiten eine optimale Performance der industriellen Kommunikationssysteme und -anlagen ermöglicht. Gerade ein Maschinenbauer sollte Ethernet deshalb zu schätzen wissen, denn er weiß um die Notwendigkeit einer präzisen Steuerung von Herstellungsprozessen z.B. bei der Ansteuerung von Ventilen.

Zur Datenübertragung in Ethernet-Systemen

Durch Übertragungsraten von 100MBit/s kann die Synchronität von Ethernet-Netzen in Maschinenbaubetrieben als garantiert angesehen werden. Die Zykluszeiten von Ethernet-Systemen liegen im Mikrosekundenbereich.
Die vertikale Strukturierung der Systeme sorgt dafür, dass sogar mehrere Module eines Ethernet-Systems gleichzeitig Daten senden und arbeiten können, also z.B. Befehle erteilen oder Diagnosen senden bzw. erstellen, da sie für einen kollisionsfreien Datenfluss sorgen.

Anpassungsfähigkeit von Ethernet

Industrial bzw. Fast Ethernet stellt insbesondere im Maschinenbau ein wichtiges Puzzlestück zur mittel- und kurzfristigen Planung und/oder Produktionsumstellung dar.

So können aufgrund des äußerst geringen Installationsaufwands einzelne Module zur Arbeit an unterschiedlichen Aufgaben verschieden miteinander kombiniert werden. Durch intelligente Steuerungen können im Grunde die einzelnen Teile des Herstellungsprozesses in einer Art Baukastenprinzip immer wieder neu an einen (wechselnden) Aufgabentyp angepasst werden.

Ist Ethernet im Maschinenbau nicht viel zu kompliziert zu bedienen?

Die Antwort lautet nein. Die hohe Anforderung an Flexibilität von Ethernet-Systemen, auch im Maschinenbau, wird für die Bediener dieser Art der industriellen Kommunikationssysteme auf folgende Weise kompensiert:

Mehrere Einzelkomponenten des Prozesses, die so genannten „Slaves“, werden von einer gemeinsamen Steuerung, dem „Master“, kontrolliert. Dadurch ergibt sich eine für Produktionsprozesse typische Linienstruktur in der Steuerung. Die einzelnen Master können über ein Netzwerk miteinander kommunizieren. Sollte die Effizienz der Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten bei direktem Datenaustausch effizienter sein, so ist auch das möglich. Durch diese Form der Querkommunikation von Ethernet-Systemen im Maschinenbau wird unter anderem der Datenaustausch zwischen Sensoren und Antrieben oder bestimmten Ventilen möglich.

Außerdem entlastet die Kommunikation der Master und/oder Slaves untereinander die Zentralsteuerung des Netzwerks und kann als Grundlage einer dezentralen Steuerung von hochkomplexen Systemen betrachtet werden.

Welche Vorteile bringt Ethernet im Maschinenbau?

Neben der bereits beschriebenen Echtzeit-Datenübertragung schafft Ethernet für den Maschinenbau die Möglichkeit, sowohl Rohstoffe als auch Primärenergie zu sparen und somit die Produktionskosten erheblich zu drücken.

Außerdem wird mit Ethernet die Möglichkeit zur auftragsbezogenen Produktion immer besser, sodass sich die Lagerbestände grundsätzlich reduzieren lassen. Durch die Fähigkeit der Ethernet-Netze zur ständigen Überwachung von Messwerten und Toleranzen kann die Anzahl der Fehler in der Produktion gesenkt werden. Im Zusammenhang damit schaffen die durch Ethernet ermöglichten vorausschauenden Diagnosen eine Verminderung von Stillstandzeiten.

Des Weiteren sollte der Trend zu Industrial Ethernet nicht außer Acht gelassen werden:

Im Zuge der Globalisierung setzen immer mehr Betriebe auf die Optimierung ihrer Systeme mit Hilfe von Ethernet. Die ersten Nutzer dieser Kommunikationssysteme werden den anderen gegenüber einen Marktvorteil generieren, dennoch ist es nur eine Frage der Zeit, bis Ethernet und ähnliche Systeme zu einer Voraussetzung für den Markterfolg von Fertigungs- und Produktionsbetrieben sein werden.

Steigerung der Betriebssicherheit

Die Fähigkeit der Komponenten von Ethernet-Systemen schafft die Möglichkeit Netze in Ringform zu installieren. Die mittlerweile doch sehr transparenten Übergänge zwischen verschiedenen Ethernet-Systemen und/oder Feldbussystemen minimiert sogar die Hürden für die Nutzung unterschiedlicher Systemarten. Sollte bei diesen Ringsystemen ein Signalweg wegen eines Kabelbruchs oder Ähnlichem ausfallen, müssen die Nutzer von Ethernet im Maschinenbau nicht gleich ihren gesamten Betrieb stoppen, da nun weitere Signalwege zur Verfügung stehen. Die relativ einfache und kostengünstige Behebung von Fehlern ermöglicht sogar die Fehlerbehebung während des laufenden Betriebs.

Auch bei der Datenübertragung ist auf alle Ethernet-Systeme Verlass. Sie bieten eine verschlüsselte Datenübertragung und verschiedene Sicherheitsprogramme an, die z.B. eine Maschine mit einer Fehlfunktion abschalten und so mithelfen die Gefährdung von Mitarbeitern und der Umwelt zu minimieren.

Fazit

Ethernet-Systeme sind die effiziente Lösung für industrielle Kommunikationsprozesse. Sie erfüllen mit ihrer hohen Performance, ausgezeichneten Sicherheit und flexiblen Einsatzmöglichkeiten alle Anforderungen an moderne Automatisierungsnetzwerke, die vor allem im Maschinenbau immer wichtiger werden.

Transparente Übergänge und eine Zertifizierung der Feldkomponenten, die sich inzwischen international durchgesetzt hat, sowie die Verwendung von Standard TCP/IP-Protokollen schaffen die Möglichkeit der Nutzung des jeweils optimalen Ethernet-Systems für den jeweiligen Produktionsabschnitt.