
IO-Plattform in der Anwendung: Die Module ET 200AL (rechte untere Ecke) sind für Anwendungen mit Bewegung optimiert und können kontinuierliche Vibrationen bis zu 5 g verarbeiten. (Quelle: Siemens)
Die horizontale und vertikale Datenerfassung und -übertragung in einer Fabrik kann komplex und kostspielig sein, insbesondere wenn mehrere Netzwerke und raue Umgebungen beteiligt sind. Es wird eine Möglichkeit benötigt, industrielle Netzwerke effizient zu planen, einzurichten und zu verwalten, um die Daten mit mehreren speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Sensoren und Aktoren verschiedener Hersteller austauschen zu können, während gleichzeitig verschiedene Protokolle bei minimalem Verkabelungsaufwand verwendet werden.
Dies kann mit einer integrierten und dezentralen IO-Plattform erreicht werden, die mehrere Protokolle über ein einziges Ethernet-Kabel verarbeiten kann. Ein solches System ermöglicht es den Betreibern von Industrienetzwerken auch, die Serviceanforderungen zu vereinfachen und den Ersatzteilbestand zu reduzieren, indem sie auf eine einzige IO-Plattform standardisieren – unabhängig von der verwendeten SPS.
Ethernet-Protokolle
Implementierungen für Industrie 4.0 haben eine Vielzahl von Kommunikationsanforderungen. Es haben sich daher unterschiedliche Feldbusprotokolle etabliert. Profinet, Ethernet/IP und Modbus TCP unterstützen verschiedene Anwendungsfälle von der Betriebstechnik (OT) in der Fabrikhalle bis zur Informationstechnologie (IT).
Profinet: Hierbei handelt es sich um ein deterministisches Hochleistungsprotokoll, das für den Datenaustausch zwischen Steuerungen wie SPS und Geräten verwendet wird. Es eignet sich für Echtzeit- und sicherheitskritische Funktionen, zu denen auch Highspeed-Motorsteuerungsanwendungen gehören. Es wird desweiteren für die Integration von OT/IT-Funktionen verwendet.
Ethernet/IP: Verwendet das Standard-Ethernet-Protokoll und lässt sich daher leicht mit Ethernet-Geräten implementieren. Das Common Industrial Protocol (CIP) ist für industrielle Automatisierungsanwendungen optimiert. Ethernet/ IP kann auch für den Datenaustausch von der Feldebene zu IT-Systemen verwendet werden.
Modbus TCP: Dies ist ein TCP/IP-basiertes Protokoll, das für nicht zeitkritische Funktionen, wie Energieverbrauch und Umweltdatenerfassung, sowie für den Datenaustausch zwischen der Feldebene und IT-Systemen nützlich ist.
Jeder der drei Feldbusse erfüllt einen bestimmten Zweck. Dies führt zu komplexen Kommunikationsherausforderungen, bei denen Multi-Feldbus-Systeme ins Spiel kommen.
Der Multi-Feldbus-Kommunikationscontroller sitzt zwischen der Feld- und der Steuerungsebene und kommuniziert gleichzeitig mit mehreren Controllern, die unterschiedliche Protokolle verwenden, über ein einziges Netzwerkkabel (Bild 1). Multi-Feldbus-Geräte können in unterschiedlichen Umgebungen eingesetzt werden – von einem geschützten Schaltschrank über die Fabrikhalle bis hin zu abgelegenen Außenanlagen.