Connectivity Bussysteme: Die Gallier der industriellen Feldebene

Ralf Klein ist mit diesem Beitrag im E&E-Kompendium 2020 als einer von 100 Machern der Elektronikwelt vertreten. Alle Beiträge des E&E-Kompendiums finden Sie in unserer Rubrik Menschen.

Waren die großen Schlagworte Industrie 4.0 und IoT/IIoT vor wenigen Jahren noch sehr diffuse Begriffe, so zeichnen sich langsam aber sicher immer schärfere Umrisse von dem ab, was man an realen Anwendungen unter diesen Begriffen erwarten kann. Datenerhebung, Datenbewertung und letzten Endes die Datenverarbeitung erfordern eine immer stärke Verbindung der ehemals getrennten Welten IT und Automatisierungstechnik.

Dieser Prozess ist über den Ausbau und die Leistungssteigerung von Netzwerken schon weitreichend geschehen. Die Netzwerkinfrastruktur im Unternehmen arbeitet mit Übertragungsraten im Gigabit-Bereich, die „Cloud“ bildet in der Hierarchie der klassischen Betriebsebenen den neuen Höhepunkt der Datenspeicherung. Oftmals bei externen Anbietern – ein früheres No-Go, das im Zuge dieser enormen Entwicklung abgelegt werden konnte.

Hartnäckige Bussysteme

Die ganze Netzwerkstruktur ist von Ethernet besetzt. Die ganze Netzwerkstruktur? Nein! Eine von unbeugsamen Bussystemen und Sensoren bevölkerte Feldebene hört nicht auf, dem Eindringling Widerstand zu leisten. Was die Gallier im bekannten Asterix-Comic sind, sind die zahllosen proprietären Bussysteme in der industriellen Feldebene. Eine hartnäckige Sammlung verschiedenster Übertragungswege, die sich lange Zeit der Ablösung durch einheitliche und IP-gestützte Netzwerke widersetzen konnten. Doch woran liegt das? Und wieso sollte sich das jetzt ändern?

Ein Trend, an dem sich die Entwicklung gut erklären lässt, heißt Predictive Maintenance. Die vorausschauende Wartung und Instandhaltung lässt Verschleiß erkennen, bevor er zu einem Ausfall führt und unkalkulierbare Kosten verursacht. Sprich: Ausfallzeiten kalkulierbar machen.

Dafür benötigt es deutlich mehr Sensorik als für den reinen Betrieb einer Anlage. Jedes Lager, jede Welle, Heizelemente, Stromverbraucher und viele Bauteile mehr werden über Sensoren intelligent und abrufbar. Die passenden Algorithmen werten die Daten aus und können über Veränderungen selbiger einen Verschleiß aufzeigen, dessen Reparatur dann planmäßig und kostenschonend durchgeführt wird.

Alles, was in der klassischen Automatisierungspyramide darunter angesiedelt ist, ist bekannt als Feldebene. Sensorik und Aktorik direkt an der Maschine. Hier wurde bisher auf Bussysteme gesetzt, die oftmals in Reihentopologie angeordnet sind und über Gateways und Übersetzer ihre Signale in die Ethernet-Welt übersetzen. Einfache, kostengünstige Kabel und Schnittstellen machen die Sache preiswert. Diese Systeme sind jedoch nicht imstande, die Datenraten für bildgebende Sensoren und gleichzeitig Spannung zu liefern.

Potenzial von SPE früh erkannt

Die Lösung heißt Single Pair Ethernet! Gigabit-Ethernet und Power-Übertragung bis 50 W am Gerät über nur noch zwei verdrillte Kupferadern und miniaturisierte Steckverbinder. Harting hat das Potenzial dieses neuen Physical Layer früh erkannt und für die Industrie zu einer standardisierten Lösung vorangetrieben. Der Steckverbinder Harting T1 Industrial ist in der IEC 63171-6 international standardisiert und in den internationalen Normen für strukturierte Verkabelung referenziert.