Vollständige Integration ist in Produktionsumgebungen nach wie vor die Ausnahme. Produktionsnetzwerke müssen dazu eine Vielzahl unterschiedlicher Datentypen übertragen – von den grundlegenden Echtzeitdaten für die Maschinensteuerung bis hin zu den großen Datenmengen, welche die Systeme der Qualitätskontrolle und Maschinenüberwachung erfassen. Um den unterschiedlichen technischen Anforderungen dieser Datentypen gerecht zu werden, arbeiten viele Unternehmen mit mehreren Datennetzwerken. Dies erhöht nicht nur die Komplexität von Systemdesign, -aufbau und -wartung, sondern erschwert auch den Datenaustausch zwischen den einzelnen Netzen.
Ein neues Kommunikationsnetz
Diese Schwierigkeiten kann die Fertigungsindustrie nur mit einer neuen Art von Kommunikationsnetz überwinden, das mit CC-Link IE, dem ersten offenen industriellen Netzwerk mit Gigabit-Ethernet-Performance, inzwischen Gestalt angenommen hat. Das Netzwerk bietet die wichtigste Grundlage für die vernetzten Fabriken der Zukunft. Mit einer Bandbreite von 1 Gbit/s stellt CC-Link IE die bis zu zehnfache Bandbreite ähnlicher, heute verfügbarer Protokolle zur Verfügung. So können auch datenintensive, moderne Fertigungsprozesse bedient werden. Das industrielle Netzwerk basiert auf dem Ethernet-Standard IEEE 802.3 und bietet mit Ring-, Linien- und Stern-Topologien Flexibilität im Netzwerkdesign. Linien- und Stern-Topologien können zudem kombiniert werden und bieten somit maximale Anwendungsflexibilität. Die Ring- und Linien-Topologien sind ebenfalls attraktiv, weil sie einfach erweiterbar sind, wodurch Zusatzkosten und Komplexität durch zusätzliche Netzwerk-Switches entfallen.
Durch Unterstützung unterschiedlicher Protokolltypen im selben Netzwerk bietet CC-Link IE zudem große Anwendungsflexibilität. Hierdurch wird das System kostengünstiger und wartungsfreundlicher. Zusätzlich zu den standardmäßigen E/A-Steuerungsfunktionen unterstützt CC-Link IE Sicherheit (SIL3) und Motion Control über dasselbe Kabel.
Hierdurch bietet die CC-Link Partner Association (CLPA) eine übersichtliche, flache Netzwerkarchitektur, die die Anforderungen nahezu aller Anwendungen in der diskreten Industrie erfüllt. Das Netzwerk basiert auf einer Standard-Ethernet-Infrastruktur mit handelsüblichen Gigabit-Switches, Cat5E-Kabeln und RJ45-Steckverbindern. Ein einzelnes System kann 120 Stationen mit bis zu 100 Meter Cat5E-Kabel zwischen den einzelnen Stationen umfassen. Zusätzlich können bis zu 239 Netzwerke miteinander verbunden werden.
Um Endanwendern im industriellen Umfeld und Maschinenbauern noch mehr Optionen zu bieten, hat die CLPA gemeinsam mit Profibus und Profinet International (PI) eine Spezifikation für einen Koppler entwickelt, der die Kommunikation der beiden bis dato inkompatiblen Netzwerke ermöglicht. Darüber hinaus arbeitet die CLPA mit der OPC Foundation zusammen, um die Unterstützung von OPC-UA durch CC-Link IE zu entwickeln.
Hohe Cybersicherheit
Im Gegensatz zu industriellen Ethernet-Protokollen, die auf einem herkömmlichen TCP/IP-(UDP/IP)-Protokoll-Stack basieren, kombiniert das Controler-Netzwerk CC-Link IE den Physical Layer und den Data Link Layer der OSI-Hierarchie mit einem offenen Protokoll, das vom Netzwerk bis zu den Application Layers reicht.
Das Resultat ist höhere Cybersicherheit durch eine offene, aber kontrollierte Wissensbasis, die von den CLPA-Partnern frei genutzt werden kann, jedoch besseren Schutz vor unbefugtem Zugriff bietet.
Sicherheit ist ein zentrales Thema bei Anwendungen, die industrielle Automatisierung mit Unternehmenssystemen und cloud- oder internetbasierten Technologien kombinieren. CC-Link IE bietet den notwendigen Schutz durch Verkapselung von TCP/IP-(UDP/IP)-Paketen, die mittels „Tunneling“ im CC-Link-IE-Netzwerk übertragen werden.
Die Datenkommunikation vom Controler-Netzwerk CC-Link IE basiert auf einem Shared Memory Model. Alle Geräte im Netzwerk belegen einen Bereich des Controller-Speichers. Um mit ihnen zu kommunizieren, muss lediglich der Datenwert in demjenigen Bereich geändert werden, der dem entsprechenden Gerät zugeordnet ist. Das Netzwerk organisiert das Datenaufkommen automatisch mittels zyklischer (synchroner) Kommunikation.
Bei der Kommunikation von den Geräten zum Controller läuft derselbe Prozess umgekehrt ab. Für ungeplante Ereignisse hoher Priorität, beispielsweise Alarmsignale, oder nichtzyklische Übertragungen niedriger Priorität, zum Beispiel Diagnosedaten, steht ein alternatives ‚transientes‘ (asynchrones) Kommunikationsverfahren zur Verfügung. Gigabit-Bandbreite bedeutet, dass selbst ein hohes Aufkommen an transienten Daten die deterministische, reguläre zyklische Kommunikation nicht beeinträchtigt, das heißt, die normalen Systemfunktionen bleiben unbeeinflusst und der Scan-Zyklus ist vollkommen deterministisch.
Die deterministische Kapazität wird durch die Token-Passing-Methode garantiert und sorgt für einen laut Hersteller zuverlässigen Systembetrieb. In der Praxis sind hierdurch Netzwerk-Updates innerhalb weniger Zehntelmikrosekunden möglich, je nach Auslegung des Systems. Darüber hinaus bietet CC-Link IE die Möglichkeit, redundante Controller zu verwenden. Auf diese Weise führt selbst ein Controller-Ausfall nicht zwangsläufig zu einem Produktionsausfall.
Netzwerk mit Schlüsselrolle
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CC-Link IE Fertigungsunternehmen dabei unterstützt, die Vorteile einer stärkeren Vernetzung ihrer Prozesse zu nutzen. Die höhere Netzwerkleistung sorgt für präzisere Kontrolle, größeren Datendurchsatz bei hoher Geschwindigkeit, deterministische Kapazität und bietet inhärente Sicherheit.
Zweifelslos wird das offene Netzwerk CC-Link IE mit Gigabit-Ethernet-Performance bei der Einführung von Industrie-4.0-Modellen zur Erfüllung zukünftiger Produktionsaufgaben eine Schlüsselrolle spielen.
