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Datenkommunikation

So geht Datenkommunikation bis in die Cloud

| Autor: Jan Vollmuth

Die EKS Engel Gruppe bietet intelligente Netzwerklösungen für unterschiedliche Anwendungen. Was bei der Konstruktion einer Industrie-4.0-fähigen Maschine hinsichtlich der Datenkommunikation beachtet werden muss, erklärt Susanne Engel, Geschäftsführerin EKS Engel CS.

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EKS Engel entwickelt und produziert seit Mitte der 1880er-Jahre am Standort Wenden (Blick in die Fertigung) Standardgeräte und individuelle Lösungen für die industrielle Datenkommunikation.
EKS Engel entwickelt und produziert seit Mitte der 1880er-Jahre am Standort Wenden (Blick in die Fertigung) Standardgeräte und individuelle Lösungen für die industrielle Datenkommunikation.
(Bild: EKS Engel)

konstruktionspraxis: Wie beeinflusst Industrie 4.0 den Markt für industrielle Kommunikation?

Susanne Engel: Industrie 4.0 setzt eine durchgängige Datenkommunikation von der Maschine bis in die Cloud voraus. Dazu werden künftig vorwiegend IP-basierte Protokolle wie Ethernet und verwandte herstellerspezifische Protokolle wie Profinet oder Ethernet/IP eingesetzt. Außerdem besteht der Wunsch, dass Geräte verschiedener Hersteller miteinander kompatibel sind, damit Anlagenbetreiber freie Auswahl bei Geräten für die Datenkommunikation haben. Hierzu bedarf es offener Standards, die allen Anforderungen der modernen Automatisierung gerecht werden.

konstruktionspraxis: Gibt es bereits solche Standards?

Susanne Engel, Geschäftsführerin der EKS Engel CS GmbH & Co. KG, Wenden
Susanne Engel, Geschäftsführerin der EKS Engel CS GmbH & Co. KG, Wenden
(Bild: EKS Engel)

Engel: Vielversprechende Ansätze sind Open Platform Communications Unified Architecture, kurz OPC UA, und TSN, was für Time-Sensitive Networking steht. Diese auf Ethernet basierende Technologie ermöglicht unter anderem eine deterministische Kommunikation in Echtzeit, und OPC UA sorgt als Schnittstelle dafür, dass die Daten zwischen den Maschinen und bis in die Cloud übertragen werden können. Um die Informationsflut zu bewältigen, ist eine hochleistungsfähige Netzinfrastruktur erforderlich, weshalb die optische Übertragungstechnik auch in der Feldebene zunehmend an Bedeutung gewinnt.

konstruktionspraxis: Welche Rolle werden Funktechnologien in Zukunft spielen?

Engel: Funkkommunikation wird eine immer wichtigere Rolle spielen. So werden etwa durch den neuen 5G-Standard Lösungen möglich sein, mit denen sich bestehende Anwendungen nahtlos ergänzen lassen. Bewährte Feldbussysteme wie Profibus und Modbus werden in absehbarer Zeit jedoch nicht völlig vom Markt verschwinden, sondern vor allem unter dem Gesichtspunkt des Investitionsschutzes auch weiterhin in älteren Anlagen eingesetzt werden.

konstruktionspraxis: Welche Aspekte hinsichtlich der Kommunikation muss ein Konstrukteur von Industrie-4.0-fähigen Maschinen berücksichtigen?

Engel: Da offene Standards wie OPC UA und TSN sozusagen noch in den Kinderschuhen stecken, kommt es zunächst darauf an, in welchen Regionen der Welt die Maschinen eingesetzt werden sollen. In Deutschland und im europäischen Ausland ist Profinet das führende Protokoll, in Nordamerika dagegen Ethernet/IP. Beide ermöglichen ebenso wie andere herstellerspezifische Protokolle wie Ethercat oder Powerlink eine moderne Automatisierung einschließlich Anwendungen mit harter Echtzeit. Unabhängig davon, ob ein Hersteller seine Maschinen mit einer Single- oder einer Multiprotokoll-Schnittstelle ausstatten möchte, stellt sich zunächst die Frage, ob es auf dem Markt überhaupt eine passende Standardlösung gibt oder ob eine individuelle Lösung entwickelt werden muss. In beiden Fällen sollte außerdem darauf geachtet werden, dass die Lösung lange verfügbar ist und sich deren Firmware aktualisieren lässt.

konstruktionspraxis: Wann reicht eine Standardlösung aus, wann braucht es eine individuelle Lösung?

Engel: Dies hängt zum einen von der erforderlichen Funktionalität ab und zum anderen von der Konstruktion der Maschine. Wenn ausreichend Platz für eine abgesetzte Außenmontage vorhanden ist, gibt es zahlreiche industriegerechte Geräte von der Stange, die eine leistungsfähige Datenkommunikation ermöglichen. Soll die Netzwerkschnittstelle in die Maschine integriert werden, stehen Embedded-Lösungen bereit, die jedoch rar gesät sind. Um Maschinen über Ethernet oder herstellerspezifische Protokolle an das Netzwerk anzubinden, können Lösungen von der Stange möglicherweise ausreichen. Für komplexere Anwendungen, in denen etwa eine spezielle Bauform oder bestimmte Funktionen erforderlich sind, führt an einer individuellen Lösung häufig kein Weg vorbei. Dies gilt ebenso für Retrofit. Denn kein Hersteller wird ohne Not die komplette Konstruktion einer bewährten Maschine infrage stellen, um eine Netzwerkschnittstelle nachzurüsten.

konstruktionspraxis: Wie aufwendig ist die Entwicklung einer individuellen Kommunikationslösung?

Engel: Wenn ein Konstrukteur das selbst in die Hand nehmen will, muss er sich schon bestens mit der Netzwerktechnik auskennen. Andernfalls sollte er einen Spezialisten ins Boot holen. Da unsere Lösungen auf modularen Hard- und Softwareplattformen basieren, können sie innerhalb weniger Wochen auf individuelle Anforderungen angepasst werden. Das reicht von der Anzahl der Ports und deren Anschlusstechnik über Temperaturbereich, Schutzart und branchenspezifische Zulassungen bis hin zur Bedienoberfläche, den Menüs und dem Funktionsumfang. Bei kompletten Neuentwicklungen kann zudem die Bauform modifiziert werden. Beispiele hierfür sind extrem kompakte Gehäuse oder platzsparende Embedded-Ausführungen, in denen sich alle benötigten Funktionsgruppen einschließlich der Spannungsversorgung auf nur einer Platine befinden. Um den Aufwand und die Time-to-Market zu reduzieren, greifen wir natürlich auch bei diesen Entwicklungen soweit wie möglich auf unser Baukastensystem zurück.

konstruktionspraxis: Sind individuelle Lösungen mit besonderen Stückzahlen verbunden?

Engel: Während die großen Hersteller industrieller Netzwerktechnik individuelle Lösungen normalerweise erst ab mehreren hundert oder gar tausend Geräten angehen, sind bei uns auch Entwicklungsprojekte mit kleinen Serien oder, wenn das Preis-Leistungs-Verhältnis für den Kunden stimmt, ab Stückzahl 1 möglich. Darüber hinaus stehen wir als Entwicklungspartner für Feldbussysteme bereit, die trotz aller Euphorie über die IP-basierte Datenkommunikation auch künftig noch in vielfältigen Anwendungen eingesetzt werden.

Vielen Dank Frau Engel.

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 Jan Vollmuth

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, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht