„Der letzte Feldbus, der ausgestorben ist, war der Interbus“, bemerkt Matthias Reusch, Entwicklungsleiter bei Kunbus. Ansonsten hat sich in den vergangenen zwei Jahrzehnten die Zahl der Protokolle stetig erhöht. Einen wahren Sprung gab es, als die traditionellen Feldbusse durch ethernetbasierte Protokolle ergänzt wurden. Die Folge: Anlagenbauer und deren Kunden müssen sich stets aufs Neue mit der Frage beschäftigen, wo welches Protokoll sinnvoll eingesetzt werden kann und wie die neuen, modernen Installationen mit den bestehenden Anlagen gekoppelt werden können.
Denn nicht immer lässt sich die bisherige Technik einfach fortschreiben. Leistungsfähigere Übertragungswege, verbesserte Schnittstellen und neue Funktionen markieren den Fortschritt, der im internationalen Wettbewerb nicht einfach ignoriert werden kann. Gestiegene Anforderungen lassen sich oft nur mit aktueller Infrastruktur befriedigen, und so ist langfristig die Migration von den klassischen Feldbussen wie CANopen, Profibus oder Devicenet hin zu Profinet, Sercos III, Powerlink, Ethernet/IP oder Ethercat vorgezeichnet.
Erst mit Ethernet als Basis der industriellen Kommunikation wurde es möglich, Daten von Sensoren und Aktoren in der Feldebene durchgängig im Unternehmen zu verteilen. So wachsen Fertigung, Fertigungssteuerung (MES), Lagerhaltung, Controlling (ERP), Kundenmanagement (CRM) und die informative Einbindung aller beteiligten Geschäftspartner zusammen. Bisher weitgehend getrennte Netze verschmelzen zu einem durchgängigen Datengeflecht. Auch hier ist das Ganze mehr als die Summe seiner Teile – es entstehen neue Möglichkeiten der Auswertung und Steuerung, als Beispiel sei nur der Schritt vom Condition Monitoring zur präventiven Instandhaltung genannt. Das nächste Etappenziel ist die smarte Fertigung – also eine Produktion, deren Automatisierungssystemen eine gewisse Intelligenz innewohnt –, und schließlich Industrie 4.0.
Vernetzung ohne Hemmnisse
Eine der Eigenschaften von Industrie 4.0 ist, dass alle Daten von der Kundenbestellung – und damit in Losgröße 1 – über die notwendigen Fertigungsdaten bis hin zur Auslieferung und dem Controlling durchgängig in einem System hinterlegt und in Echtzeit nachvollziehbar sind. Allerdings trifft man dabei schnell auf Probleme. Sind in der Fertigung Realtime-Systeme notwendig, um die Qualität der Produkte sicherzustellen, sind es im Bereich der Kundenanbindung oder des Controllings ganz andere Anforderungen. Aus diesem Grund entstanden in den letzten zwei Jahrzehnten völlig unterschiedliche Kommunikationsnetze. Befände man sich in einer Green-Field-Situation wäre das kein Problem, aber so müssen der Bestandsschutz gewahrt und getätigte Investitionen geschützt werden.
Selbst innerhalb der Steuerungs-, Feld- und der Sensor/Aktor-Ebene gibt es unterschiedliche, historisch gewachsene Netze. Daher kann es bereits hier zu einem Protokollwechsel von einem zum anderen Bussystem kommen. Ein kompletter Austausch der Kommunikationsmodule ist teuer oder garnicht möglich, weil die Kommunikationsplatinen oftmals Teil der Steuerungsplatine oder Teil des Sensors sind. Um den Investitionsschutz zu gewährleisten, hat Kunbus die Gateways der mGate-Familie entwickelt, also Protokollumsetzer, die alle relevanten Daten aus einem Netz konvertieren und in das Zielnetz übertragen. Zudem lassen sie nicht übertragbare Daten weg und addieren im neuen Netz notwendige Headerdaten hinzu. Dadurch können die Master der beiden Teilnetze miteinander kommunizieren.
Modulare Gateways
Die mGates sind modular aufgebaut und dadurch flexibel. Jedes Protokoll befindet sich in einem Gehäuse von 22,5 x 101,4 x 115 mm. Jeweils zwei dieser Protokolle werden mittels Steckbrücke zu einem Gateway verbunden. Die Endmontage erfolgt dann auf Hutschiene. Durch Tausch eines der Protokollmodule kann man sofort auf ein anderes Netz umkonfigurieren. Ebenso muss bei einem Ausfall nur das betroffene Modul ersetzt werden. Auch kundenspezifische Lösungen sind möglich. Die Gateways sind mit einem integrierten Webserver ausgerüstet, Aktualisierungen der Programmteile erfolgen über FTP-Server. Die Leistungsaufnahme der Baureihe liegt unter 3 W. Die Spannungstoleranz reicht von minus 15 bis plus 20 Prozent.
Laut Andreas Müller, Marketingleiter von Kunbus, stößt gerade das modulare Konzept der mGates auf großes Interesse. „Ich brauche beim Kauf nicht zu entscheiden, welche Bus-zu-Bus-Kombination ich nutzen möchte, sondern kann das jeweils beim Aufbau entscheiden. Das spart natürlich Kosten in der Lagerhaltung“, macht er deutlich. „Denn ich muss nicht für jede Kombination ein eigenes Gerät vorhalten, sondern ich weiß, ich habe in der Regel ein bestimmtes Verhältnis, beispielsweise brauche ich in einem bestimmten Zeitraum 50 Profinet- und 20 Ethernet/IP-Anbindungen zu Profibus. Dann kann ich mich mit einer entsprechenden Zahl an Modulen eindecken. Und wenn plötzlich Kunden mit ungewöhnlichen Wünschen kommen, weil beispielsweise eine Anlage nach China gehen soll und dort ein Powerlink- oder CC-Link-Anschluss benötigt wird, dann lassen sich entsprechende Module kurzfristig ordern.“
Bedarf bleibt bestehen
Er geht zudem davon aus, dass diese Art der Überbrückung von Netzwerkgrenzen noch viele Jahre gebraucht wird. „Man sieht, dass sich die Anteile zwischen den verschiedenen Protokollen verschieben. Aber dass eines dieser Feldbusprotokolle ausstirbt, das glaube ich nicht – zumindest nicht in den kommenden Jahren. Da spricht die Anzahl der installierten Knoten für jedes einzelne Protokoll dagegen.“ Zu erwarten sei jedoch laut Müller, dass jene Bussysteme, die sich im Umfeld von Industrie 4.0 platzieren können, in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Andere, die an dieser Entwicklung nicht beteiligt sind, dürften dagegen in ihrer Bedeutung zurückfallen. „Wir haben ja heute auch noch die RS-Schnittstellen im Programm, also beispielsweise RS 485 und RS 432, die sind schon einige Jahrzehnte alt, werden aber immer noch genutzt“, erläutert Müller – aber eben immer weniger. Und vielleicht stirbt ja doch irgendwann nochmal eines der Feldbusprotokolle aus.
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