Wiederverwendbare Module agil entwickeln

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1 GASTKOMMENTAR Wiederverwendbare Module agil entwickeln Zwei derzeit oft gehörte Modeworte oder neuerdings auch Buzz-Words genannt, sind die Begriffe modular und agil. Mit dem Wort modular wollen die Unternehmen darstellen, dass man durch geschickte Kombination von Standard-Bausteinen bzw. Modulen schnell und kostengünstig eine auf spezielle Kundenbedürfnisse zugeschnittene Lösung konfigurieren kann. Dabei muss heutzutage im Maschinen- und Anlagenbau darauf geachtet werden, dass die Module interdisziplinär ausgewogen designed sind. Die Bedeutung des vorangegangenen Satzes zu begreifen, ist meiner Erfahrung nach schon schwierig. Viel schwieriger ist es jedoch, im realen Leben die Module wirklich interdisziplinär abgestimmt zu gestalten. von Dr. RAINER STETTER, Geschäftsführer ITQ GmbH, Garching bei München I n vielen Fällen fällt es Unternehmen schon nicht leicht, Module so zu gestalten, dass diese geometrisch frei kombinierbar sind. Viel schwieriger wird es noch, wenn die Module nicht nur aus mechanischen Elementen bestehen, sondern auch noch Sensoren und Aktoren beinhalten, die, technisch gesehen, unmittelbar mit der dahinter liegenden Steuerungssoftware verbunden sind. Spätestens dann, wenn man auch die Elemente der zur Bedienung erforderlichen Benutzeroberfläche in das Modularitätskonzept einbinden möchte, wird die Aufgabe für die meisten Unternehmen nahezu unlösbar. Damit die Gestaltung von modularen, wiederverwendbaren Baukästen in Zukunft nicht mehr so sehr von den geometrischen und kinematischen Nebenbedingungen dominiert wird, muss die funktionale Sicht auf die Aufgabe hervorgehoben werden. Durch die Betonung der Funktion eines Moduls wird automatisch die Anwender-/Nutzersicht herausgestellt. Denn niemand kauft ein rein mechanisches Modul, sondern der Endnutzer möchte eine Funktion erfüllt sehen. Wie diese genau ausgeführt wird, ist in vielen Situationen dem Kunden einerlei, solange sie funktioniert. Durch die Betonung der Funktion werden quasi nebenbei die Aspekte der (Steuerungs-)Software und der Bedienungs(-Software) besser adressiert. Entwicklungsabläufe verändern Über diese Neu-Akzentuierung ist der Weg zum Begriff agil nicht mehr weit. In der Software-Entwicklungs- Ecke erfahren im Moment die so genannten agilen Entwicklungsansätze einen großen Zulauf. Die große Kunst der Anwendung der agilen Ansätze, wie beispielsweise von SCRUM (eines der am häufigsten eingesetzten agilen Software- Entwicklungsverfahren), auf eine maschinenbauliche und damit mechatronische Modularisierungsaufgabe ist aus unserer Erfahrung nicht, dass man vom Ansatz her logisch klingende Vorgehensweisen verwendet, sondern dass man etablierte Entwicklungsabläufe verändert. Sehr häufig werden heute noch immer die Maschinenmodule zuerst konstruiert, dann verkabelt und irgendwann später denkt man über die Software-Elemente nach. Diese eingetretenen Wege zu verändern, ist nicht leicht, deshalb muss man gut strukturiert in jeweils für sich abgeschlossenen Schritten vorgehen. Um diesen neuen Weg zu gehen, müssen nicht nur bestehende Strukturen und damit verbundene Machtgefüge verändert werden, sondern es verlangt zusätzlich auch sehr viel Abstimmung und Kommunikation. Als ob die Androhung einer geordneten Kommunikation für einen Techniker nicht schon genug Strafe wäre, muss man sich obendrein vor Augen führen, dass eine Modularisierung nicht möglich ist, ohne die in einzelnen Köpfen herumfliegenden Informationen aufzuschreiben. Denn frei konfigurierbare Module sind ohne eine vorher stattgefundene detaillierte Spezifikation schwer vorstellbar. Wenn man all diese Negativ-Argumente vor Augen führt, verwundert es nicht, dass Modularisierungsprojekte in den Unternehmen nur sehr schwer vorankommen. Denn ein normaler Ingenieur lässt sich nicht gerne in die Karte schauen, schreibt nicht gerne und stimmt sich ungern mit anderen ab. Folglich muss die Modularisierung vom Management erstens wirklich gewollt werden und zweitens auch intelligent neuerdings auch agil genannt vorgegangen werden, ansonsten werden diese uncoolen Projekte gerne ausgesessen. i MEHR INFORMATIONEN 40 Getränke!

2 EINSPARPOTENZIALE MOBILISIEREN Intelligente Maschinenkonzepte durch IO-Link Wer nach Potenzialen zur Produktivitäts- und Wettbewerbssteigerung Ausschau hält, kommt an IO-Link nicht vorbei. Der herstellerübergreifende Kommunikationsstandard IO-Link bietet ein erhebliches Optimierungs- und Kostensenkungspotenzial im Lebenszyklus von Maschinen und Anlagen. Mobilisiert wird dieses durch eine vereinfachte Installation und Inbetriebnahme, eine zentrale Parametrierung über die Steuerung und kontinuierliche Diagnosen, wodurch sich nicht nur die Anlagenverfügbarkeit deutlich erhöht, sondern auch intelligente Maschinenkonzepte möglich werden. von DETLEF ZIENERT, Balluff GmbH, Neuhausen a.d.f. I O-Link ist kein neuartiges Bussystem, sondern ein vielseitiger Kommunikationsstandard, der mit der USB-Schnittstelle im Rechnerumfeld vergleichbar ist. Beides sind kostengünstige Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für die Signal- und Energieübertragung, die sich nach Plug-and-Play-Manier betreiben lassen. USB hat sich längst als Standard für den schnellen und kostengünstigen Anschluss der Computer-Peripherie durchgesetzt. IO-Link ist gerade dabei, sich eine vergleichbare Rolle als Installationssystem zum Anschluss von Sensoren, Aktoren, Bedien- und Anzeigeelementen im Maschinenbau zu erobern. Querbeet durch alle Branchen unter anderem im Verpackungsbereich, bei Werkzeugmaschinen sowie in der Montagetechnik findet man Anwendungsbeispiele. Die vielseitige Schnittstelle gestaltet den bidirektionalen Daten- und Signalaustausch einfacher und transparenter, denn ein gewöhnliches ungeschirmtes, dreiadriges Standardkabel genügt der seriellen Schnittstelle für alle Übertragungsaufgaben. Damit entfallen geschirmte oder ungeschirmte Sonderkabel, Rangierverteiler oder teure Analoginterfaces ebenso wie zusätzliche Anschaltboxen. Das vereinfacht den gesamten Installationsprozess radikal, weil die Verkabelung einer Anlage nur noch einen Bruchteil der zuvor üblichen Zeit in Anspruch nimmt, von den Materialkosten ganz zu schweigen. Die Störunempfindlichkeit der digitalen IO-Link-Schnittstelle trägt zusätzlich dazu bei, dass Maschinen schneller und unproblematischer in Betrieb genommen werden können. Plug-and-Play durch standardisiertes Übertragungsprotokoll Ehemals proprietäre serielle Schnittstellen werden durch ein standardisiertes Übertragungsprotokoll ersetzt, das erlaubt, Geräte unterschiedlicher Hersteller in komfortabler Plugand-Play-Manier Manier anzuschließen. So können messende Sensoren mit Analogsignal, serielle Schnittstellen, mehrkanalig binäre, parametrierbare Sensoren oder Geräte mit Diagnosefunktionen angebunden werden, ohne dass wie häufig in der Vergangenheit der Aufwand für die Signalübertragung die Beschaffungskosten der angeschlossenen Aktoren und Sensoren übersteigt. Damit entfallen endlich die Einsatzbarrieren für intelligente parametrierbare und diagnosefähige Sensoren und Aktoren. Dies bedeutet: Zusätzlich zu den Basissignalen lassen sich Steuerbefehle, Parameterwerte und Diagnoseinformationen wie z. B. die Geräte ID des Sensors, eine Verschmutzungswarnung, die Signalqualität oder auch eine Tastweite erstmals ohne zusätzlichen Installationsaufwand einfach mitübertragen. Damit werden wirtschaftlich überzeugende, durchgängige Anlagenkonzepte möglich, die dem Anwender ein klares, zeitnahes Bild vom aktuellen Maschinenzustand und der momentanen Prozessqualität vermitteln. Fernwartungskonzepte lassen sich auf Basis dieser Parameter so auf vielfältige Weise leicht umsetzen. Im Störungsfall ist Hilfe dann schnell zur Stelle. Mit IO-Link wird der standardisierte Anschluss aller Arten von Sensoren und Aktoren Wirklichkeit. Bei einem Sensor mit Analogausgang, einem Schalteingang und zwei Schaltausgängen entfällt mit IO-Link die Aufteilung in einzelne geschirmte und ungeschirmte Leitungen. 42 Getränke! Abbildungen: Balluff

3 Ventilinselstecker: Einfache Stecker ersetzen aktorseitig die bisherige Parallelverdrahtung durch eine schlanke serielle Verbindung. Spezielle IO-Link-Sensorhubs verdichten bis zu 16 binäre Sensoren mit einem Schaltausgang oder 8 Sensoren mit Schalt- und Diagnoseausgang zu einer einzigen seriellen Verbindung mit einem 3-adrigen Sensorverbindungskabel. Komfortable Parametrierung und Diagnose Mit IO-Link gehören aufwendige Einstell- und Umrüstprozeduren von Aktoren und Sensoren vor Ort der Vergangenheit an. Eine Parametrierung beispielsweise für einen Rezepturwechsel erfolgt in Sekunden, der Anwender kann die zentral hinterlegten Parameterdaten auf vielfältige Weise über IO-Link auf die Aktoren und Sensoren im Feld herunterladen. Ohne jedes Mal über Zusatzwerkzeuge auf das Device zugreifen zu müssen, lassen sich diese Informationen jederzeit darstellen, verändern, auslesen oder in das Device herunter schreiben. Durch den Wechsel von der analogen zur digitalen Datenübertragung steigt die Prozessqualität deutlich. Sicheres Nachregeln und somit ein optimaler Anlagenbetrieb sind gewährleistet, da die Datenüberwachung, wie etwa bei der Aufrechterhaltung eines eingestellten Füllstandes, kontinuierlich erfolgt. Dies versetzt Maschinen- oder Anlagenbetreiber in die Lage, schnell und flexibel auf sich ändernde Markt- und Produktionsanforderungen zu reagieren. Interessant ist dies auch, wenn variantenreiche Produkte zu produzieren sind, die einen häufigen Formwechsel erfordern. Hier erleichtert IO-Link die Inbetriebnahme der Anlage, denn ein Blick in den Sensor genügt, um mögliche Fehler, Störfelder, einen falschen Schaltabstand oder eine verschmutzte Optik sicher zu erkennen. Mit entsprechenden Sensoren lässt sich so sogar ein aktives Fehlermanagement aufbauen. Die Anlage meldet sich von selbst und gibt eine Warnung, wenn der Schaltpunkt eines Sensors driftet. IO-Link ersetzt Komplexität durch Standardisierung, zeitraubende Einstellprozeduren durch zentrale Parametrierung und aufwendige Fehlersuche durch transparente Diagnosekonzepte. Dies gilt auch für den Fall, dass einmal ein Gerät defekt ist. Unter IO- Link lässt es sich leicht tauschen, da die Parameter automatisch ins neue Gerät eingespielt werden können, was Stillstandzeiten erheblich minimiert. Abwärtskompatibel Selbst dann, wenn mehrheitlich klassische Binärsensoren im Einsatz sind, wirkt IO-Link als Installationssystem kostensenkend. Spezielle IO-Link-Sensor-Hubs verdichten bis zu 16 binäre Sensoren mit einem Schaltausgang oder 8 Sensoren mit Schalt- und Diagnoseausgang (z. B. Desina) zu einer einzigen seriellen IO-Link-Verbindung, anschließbar mit einem konventionellen 3-adrigen Sensorverbindungskabel. Klemmenkästen und Reihenklemmen entfallen einschließlich der für die Elektroinstallation erforderlichen Arbeitszeit. Ausblick IO-Link sorgt für Bewegung auf den letzten Metern in der Automatisierung. Über den intelligenten Kommunikationsstandard lassen sich Sensoren an Maschinen, Verpackungsanlagen oder Abfüllautomaten schnell und sicher anschließen. Darüber hinaus sind neue Automatisierungskonzepte möglich. Einfach steckbare Verbindungen und kostengünstige Dreidrahtleitungen statt aufwendig zu verdrahtender Multipolkabel, automatische Parametrierung von Sensoren und Aktoren statt manueller Eingabe, eine gleichbleibende Prozessqualität und die Möglichkeit des Ferneinblicks in die Maschine, dies sind die Hauptargumente für die Anwender, sich trotz der relativ neuen Technologie für IO-Link zu entscheiden. Die Entwicklungsarbeit ist getan, Maschinenbauer und Anwender müssen nur noch auf den IO-Link-Zug aufspringen. Der Zeitpunkt ist günstig, denn gerade jetzt ist die Nachfrage nach Innovationen mit hohem Einsatzpotenzial groß. IO- Link bietet geradezu ideale Voraussetzungen dafür. i MEHR INFORMATIONEN

4 KOSTENSENKUNG UND EFFIZIENZSTEIGERUNG Der Weg zur effizienten Testautomatisierung Der zielgerichtete Einsatz einer automatisierten Testdurchführung ist für viele Unternehmen entscheidend. Ein großes Potenzial zur Effizienzsteigerung im Entwicklungsprozess und damit zu Kosteneinsparungen sehen viele in einer automatisierten Testdurchführung. Hierzu bieten mittlerweile viele Anbieter entsprechende Werkzeuge, welche die Lösung dieser Aufgabe mit geringem Aufwand versprechen. Da es auch in diesem Bereich keine übergreifende Lösung für die Vielzahl der unterschiedlichen Testobjekte bestehend aus Mechanik, elektrischer Hardware und Software gibt, sind diese Werkzeuge entsprechend anzupassen, bzw. durch weitere Hardwarekomponenten zu ergänzen. von DR. BERNHARD KAUSLER, ITQ GmbH, Garching b. München N icht selten treten bei der eigentlichen Umsetzung und Einführung der automatisierten Testdurchführung unvorhergesehene Stolpersteine auf. Viele Tests, die man eigentlich abdecken wollte, werden durch das System nicht unterstützt oder sind nur mit sehr hohem Aufwand zu realisieren. Augenmaß bei der Einführung und Umsetzung der automatisierten Testdurchführung ist daher gefordert. Es lohnt sich nicht, für alle durchzuführenden Tests eine Automatisierung bereitzustellen. Die danabenstehende Pro- und Contraliste gibt grobe Anhaltspunkte für bzw. gegen den Einsatz automatisierter Testdurchführung. Wie bei einer normalen Produktentwicklung ist die Umsetzung und Einführung einer Testautomatisierung ähnlich einem Entwicklungsprozess zu gestalten. 1. Anforderungsanalyse In einem ersten Schritt sind die Tests, welche durch die automatisierte Testdurchführung abzudecken sind, zu strukturieren und zu definieren. Diese Übersicht steckt den Umfang der zu automatisierenden Tests ab und ist wesentlich für die Lösung der Testfallstrukturierung und -verwaltung. Diese Basis ist sowohl für die manuelle als auch die automatische Testdurchführung unerlässlich. Zur Identifikation der technischen Anforderungen an die Testautomatisierung hat es sich dabei als praktikabel erwiesen, aus dieser Übersicht Testfälle auszuwählen, welche die Grenzen der technischen Anforderungen an die Testautomatisierung abdecken. Diese Testfälle sind dann in einem nächsten Schritt weiter zu detaillieren. Daraus ergeben sich konkrete Anforderungen bzgl. technischer Schnittstellen, Echtzeit, etc. Einsatz automatisierter Testdurchführungen Pro: Hohe Regressionsrate der Tests Derartige Testfälle sind bei einer ständigen Weiterentwicklung oder Variantenentwicklung bzw. nach einer Fehlerbehebung immer wieder durchzuführen. Negative Wechselwirkungen von Änderungen werden durch diese Tests ausgeschlossen. Technisch einfach zu bedienende Schnittstellen Der Aufwand zur Bedienung der technischen Schnittstellen ist überschaubar bzw. bereits vorhanden. Dazu zählen z. B. Kommunikationsschnittstellen (Profibus, CAN, etc.) oder digitale Ein- und Ausgänge. Bei mechanischen Schnittstellen und graphischen Benutzeroberflächen kann jedoch der Aufwand sehr schnell ansteigen und damit die Automatisierung sehr aufwendig machen. Häufige Wiederverwendung einzelner Testbausteine bzw. Testfunktionen Bei einer klaren Strukturierung der Tests in sequenzielle Abläufe immer wiederkehrender Einzelfunktionen können mit geringem Aufwand selbst umfangreiche Testfälle automatisiert werden. Contra: Umfangreiche Systeme Mit zunehmender Größe des Testobjekts (wie beispielsweise ganze Maschinen bzw. Anlagen) wird eine automatisierte Testdurchführung immer ineffizienter. Als Faustformel kann hier gelten: Je umfangreicher das Testobjekt, desto effizienter ist eine manuelle Testdurchführung. Einzeln auftretende Spezialfälle Tests, die nur bei einer einzigen Produktvariante bzw. einem Spezialfall bei einem Kunden auftreten, rechtfertigen nicht den Aufwand einer Automatisierung. 44 Getränke!

5 Testobjekt Abbildung: ITQ Ziel hierbei ist es, klar den Anwendungsbereich der Automatisierung für den konkreten Anwendungsfall zu beschreiben und einzugrenzen, um falschen Erwartungshaltungen entgegenzuwirken. 2. Lösungsspezifikation In einem zweiten Schritt erfolgen die Definition der Architektur der Testautomatisierung sowie die Auswahl der zum Einsatz kommenden Werkzeuge. Bei der automatisierten Testdurchführung mechatronischer Produkte ist hierzu meist ein entsprechender Testaufbau notwendig, der die mechanischen und elektrischen Schnittstellen bedient. Soweit als möglich empfiehlt sich hier der Einsatz standardisierter Komponenten der Automatisierungsbzw. Messtechnik. Zur eigentlichen Testdurchführung bzw. Testverwaltung können entsprechende Softwarewerkzeuge zum Einsatz kommen. Bei der Auswahl dieser Werkzeuge und Komponenten ist darauf zu achten, dass diese einfach zu koppeln und die in der Anforderungsanalyse definierten Testfälle umsetzbar sind. Wichtig ist hierbei, einen Lösungsansatz zu generieren, der möglichst einfach den definierten Anwendungsfall abdeckt. Dazu benötigt es nicht immer aufwendige Tools, auch Excel ist für viele Aufgabenstellungen absolut zielführend. 3. Realisierung Die Lösungsspezifikation sieht gemäß persönlicher Erfahrung meist die beschriebene Kopplung unterschiedlicher Komponenten und Softwarewerkzeuge vor. Es empfiehlt sich bei der Realisierung eine inkrementelle Vorgehensweise. Dabei sind im Sinne eines ersten Durchstichs die Kopplungen grundsätzlich zu erstellen, um dadurch die Tragfähigkeit der Lösung sicherzustellen. So ist bereits nach kurzer Zeit ein Gesamtsystem verfügbar, das erste Basisfunktionen abdeckt. In weiteren, überschaubaren Schritten ist ausgehend davon, die Lösung um alle spezifizierten Funktionen zu erweitern. Zur Validierung der erstellten Lösung dienen die in der Anforderungsspezifikation erstellten Testfälle. Ähnlich dem zu testenden Produkt unterliegt die Testautomatisierung ebenfalls einer ständigen Weiterentwicklung. Fazit Eine gut durchdachte automatisierte Testdurchführung ergibt eine wesentliche Entlastung des Entwicklungsprozesses sowohl bzgl. der Kosten als auch der Entwicklungszeit. Sie sichert nachhaltig eine hohe Qualität des mechatronischen Produkts. Der effiziente Einsatzbereich einer automatisierten Testdurchführung sind Testfälle, die sehr häufig durchzuführen sind. Bei Spezialbetrachtungen und Einzelfällen ist die manuelle Testdurchführung nach wie vor unschlagbar. Der zielgerichtete Einsatz einer automatisierten Testdurchführung ist jedoch für viele Unternehmen entscheidend, um die hohen Qualitätsansprüche an ihre Produkte bei vertretbaren Entwicklungskosten und -zeiten sicherstellen zu können. i MEHR INFORMATIONEN Innovation Vision Dynamik Anforderungen erkennen mit perfekten Lösungen realisierr ealisieren! en! Je mehr Erfahrung, desto besser die Lösung Seit mehr als 30-Jahren beste Software-Lösungen für die Getränkebranche Lager-Logistik EDIFACT/SCM Rechnungswesen Außendienst MIS/Info-Portal Vertragsverwaltung SPS IPC DRIVES 2012 NÜRNBERG, Fachmesse für die Automatisierungsbranche Technischer Kundendienst Materialwirtschaft /Produktion Die Fachmesse SPS IPC Drives zur elektrischen Automatisierung ist das Highlight der Branche. Mehr als Aussteller werden in zwölf Messehallen ihre Innovationen, Produkte und Lösungen aus dem Bereich der elektrischen Automatisierung präsentieren. Die Fachmesse und der begleitende Kongress sind eine Plattform für den Austausch zwischen Hersteller und Anwender auf hohem fachlichen Niveau. Sie bieten umfassende Informationen über Produkte, Innovationen und aktuelle Trends der Branche und somit einen kompletten Marktüberblick. In intensiven Fachgesprächen informieren sich hier die Besucher über das Angebot der verschiedenen Aussteller. Der parallel stattfindene Kongress bietet Entwicklungs- und Produktverantwortlichen in der Ausrüster- und Anwenderindustrie sowie Wissenschaftlern aus der angewandten Forschung eine hervorragende Plattform, um neue Technologien und deren Einsatzmöglichkeiten in der Praxis und innovative Anwendungen zu diskutieren und Antworten auf konkrete Fragen zu erhalten. Über das gesamte Vortragsangebot des Kongresses können sich Interessierte auf der Homepage des Messeveranstalters informieren. i MEHR INFORMATIONEN komplettes Branchen-System Brau Beviale 2012 Weinwirtschaft Halle 1/1-234 direkt neben dem Bayerischen Brauerbund FON +49(0)911/

6 WIRELESS IN AUTOMATION Schlüsseltechnologie der Zukunft Einsatz von Funksystemen im industriellen Umfeld in verschiedenen Anwendungsfeldern. Die Funktechnologie hat inzwischen die Produktion erreicht; insbesondere die neueste Generation von Wireless LAN verbreitet sich aufgrund ihrer einfachen und kostengünstigen Integration in bestehende lokale Netze. Die industrielle Variante als IWLAN bringt mobile Applikationen in die Produktion. Kein Wunder also, dass Wireless in Automation ein Kernthema der diesjährigen SPS/IPC/Drives ist. S eit seiner Einführung vor 15 Jahren mit dem Wireless LAN-Standard IEEE hat sich viel auch in der Industrie verändert. So besitzen heute fast alle mobilen Geräte wie Tablet-PC und Notebooks einen integrierten WLAN-Chip und auch die übertragenen Datenraten sind von 2 Mbit/s auf 450 Mbit/s gestiegen. Alles in allem kann man heute räumlich ausgedehnte Netze mit mehreren Access Points aufspannen und mit sehr sicheren und standardisierten Sicherheitsmaßnahmen schützen. Für die Industrie eröffnen sich damit eine durchgängige Automatisierung und die Ansteuerung von mobilen Geräten. So lassen sich beispielsweise intelligente Warenbegleitscheine über RFID, intelligente fahrerlose Transportsysteme, Einschienen-Hängebahnen, Krananlagen oder auch intelligente ortsabhängige Mensch-Maschine-Schnittstellen realisieren. Dies kommt dem Konzept des Internets der Dinge ziemlich nahe. Aber auch direkt im Produktionsprozess greifen immer mehr Hersteller auf die kabellosen Verbindungen zurück. Einerseits können sie damit größere Entfernungen ohne Schleppketten oder Schleifelemen- 46 Getränke! te zu bewegten Komponenten und Systemen überbrücken und andererseits ist die Funkverbindung nahezu wartungsfrei einmal installiert, sind die Unterhaltskosten nahezu Null. Langfristig gesehen, wird die Funktechnologie zur Schlüsseltechnologie in der Industrie. Immer neue Anwendungsfälle erfordern einen ständig steigenden Datendurchsatz industrieller Systeme, was sich auch in der Erweiterung der Normung widerspiegelt. Inzwischen gibt es zwei Funkbereiche und fünf WLAN-Standards. Die Standards nutzen dabei ein oder zwei Frequenzbänder im Bereich von 2,4 GHz und 5 GHz. Im kommenden Jahr soll mit der IEEE ac der nächste Standard verabschiedet werden, der eine noch schnellere Datenübertragung mit einer Bruttodatenrate bis zu Mbit/s im 5 GHz-Band erlaubt. Mit RFID-Systemen lässt sich die vollautomatische, lückenlose Rückverfolgung, z. B. von Containern oder Behältern realisieren. Bild: Siemens Sicherheit und Zuverlässigkeit Mit der verstärkten Einführung von WLAN in der Produktion steigt aber auch das Risiko einer ungewollten, gegenseitigen Beeinflussung der verschiedenen Geräte. Besonderes Augenmerk ist auf die Funksysteme zu richten, die das gleiche Frequenzband benutzen, denn sie können die Übertragungszeit der Datentelegramme beeinflussen. Der momentan genutzte Wireless LAN Standard spezifiziert die Datenübertragung mit 11 bis 54 MBit/s im 2,4-GHz-Band (IEEE b, g) bzw. bis zu 54 MBit/s im 5-GHz-Band (IEEE a, h). Während das 2,4-GHz-Band nahezu weltweit lizenzfrei und nicht nur für industrielle Anwendungen verfügbar ist, teilen sich beim 5 GHz-Band Militär und Industrie die Bandbreite. Allerdings kann beim 2,4 GHz-Band beim Zusammentreffen von verschiedenen Funklösungen in einer Produktionshalle die bestimmungsgemäße Funktion eingeschränkt sein oder durch andere Systeme wie Bluetooth, fremde Wireless LAN-Installationen und Schweißprozesse, Schaltvorgänge, elektrische Antriebe oder Mikrowellenöfen, die unterschiedlich starke elektromagnetische Felder aussenden, gestört werden. Bei einer solchen Funkbeeinflussung erhöhen sich die Paketfehlerraten. Deshalb wird von vielen Herstellern der Einsatz von 5 GHz WLAN im industriellen Umfeld empfohlen, da in diesem Frequenzband die Anzahl von alternativen Funksystemen viel geringer ist. Das 5-GHz-Spektrum kann problemlos im Innenbereich verwendet werden, da man hier besser den Office-Netzen ausweichen kann, die meist im 2,4-GHz- Band arbeiten. Im Außenbereich kollidiert das 5 GHz-Band mit verschiedenen Radar-Anwendungen wie Positionsradar für Luft- und Seefahrt, Wetterradar oder militärische Anwendung und unterliegt deshalb bestimmten Restriktionen. So sind beispielsweise die Hersteller von WLAN-Geräten verpflichtet, eine Dynamic Frequency Selection zu implementieren, mit der das WLAN den Radarnutzern ausweicht. Dies hat unter Umständen eine Unterbrechung der Funkverbindung zur Folge, weil ein Access Point den Funkkanal wechseln muss. Für schnelle Automatisierungsanwendung ist es deshalb kaum akzeptabel. Inzwischen hat sich auch der Standard IEEE n etabliert, der beide Frequenzbänder nutzt und mit einer Datenrate von bis zu 450 Mbit/s beeindruckt. Er gilt endlich als adäquater Ersatz für kabelgebundenes 100 Mbit/s LAN. Allerdings sind für diese Steigerung der Daten-

7 rate einige Ergänzungen in der Übertragungstechnik erforderlich. Dazu gehört eine neue Antennentechnologie (Multiple Input Multiple Output = MIMO), die die Funkübertragung verbessert und so zu einer höheren Verfügbarkeit des WLAN führt. Mit ihr lässt sich in vielen Anlagen die Empfangsqualität der Signale um 30 % verbessern. Dabei wird über bis zu drei Antennen gleichzeitig gesendet. Der Empfänger wertet alle drei Signale aus und generiert durch Kombination der drei Signale ein insgesamt verbessertes Signal. Die Normungsgremien haben sich inzwischen das Ziel gesetzt, mit der IEEE s einen herstellerunabhängigen Standard für vermaschte Netze zu entwickeln. Hierbei werden redundante Pfade zum Übermitteln der Daten von einem Teilnehmer zum nächsten verwendet. Ist einer der Pfade gestört, findet das Netz selbstständig einen neuen. Mit diesem Standard lassen sich große verteilte Wireless LAN-Netze einfach aufbauen, was die Flexibilität in Produktionshallen oder schnell verändernden Umgebungen erhöht. Allerdings wurde die Verabschiedung dieses Standards mehrfach verschoben. So vielfältig die Normen auch sein mögen, kein einziges drahtloses System kann alle Anforderungen gleichzeitig erfüllen. Deshalb sind in der Regel mehrere Systeme installiert, die parallel arbeitend die unterschiedlichen Anforderungen erfüllen. Allerdings haben sie damit ein Koexistenzproblem, denn Systeme, die zur gleichen Zeit am gleichen Ort auf derselben Frequenz funken, beeinflussen sich gegenseitig. Deshalb sollte schon vor dem Einsatz von WLAN die Kanallast bewertet und die Frequenzauslastung geplant werden. Zu beantworten sind dabei Fragen, welche Datenkanäle in den unterschiedlichen Frequenzbereichen benötigt werden, welche zeitkritische Daten und wie viele Daten übertragen werden sollen. Ziel einer Kanalplanung ist, dass die Funksysteme entweder örtlich, zeitlich oder frequenzmäßig entkoppelt werden. Nutzen verschiedene Funksysteme die gleichen Frequenzen am gleichen Ort, so sollte man auf die zeitliche Belegung achten und nur Daten in den Übertragungspausen der jeweils anderen Systeme übertragen. Bei frequenzstatischen Systemen wie WLAN, ZigBee und nano- LOC kann jedem System ein Frequenzbereich exklusiv zugewiesen werden. Frequenzdynamische Systeme wie Bluetooth, WISA, WirelessHart und MeshScape wechseln dagegen ständig mit unterschiedlichen Sprungmustern die Frequenz. Zur Entkopplung sollten in so genannten Blacklists die Frequenzen aufgelistet sein, auf denen frequenzstatische Systeme am gleichen Ort arbeiten. WLAN für mobile Anwendungen Für deutlich geringere Reichweiten als das WLAN sind Bluetooth- Geräte nach IEEE ausgelegt, meist sind dies nur einige Meter. Bluetooth-Lösungen sind in der Automatisierung seit einigen Jahren im Einsatz, beispielsweise bei Verpackungsmaschinen, Kommissionierungssystemen, Barcode- oder RFID-Scannern. Typische Anwendungen sind außerdem Kabelersatzlösungen, meist Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder Anwendungen mit wenigen Teilnehmern. Ein Master kann mit bis zu sieben Remote-IO-Geräten (Slaves) kommunizieren. Moderne Bluetooth-Systeme erlauben störungsfreien Parallelbetrieb mit anderen Systemen bei hoher Systemdichte. Die Nettoübertragungsrate von etwa 700 kbit/s ist für Steuerungs- und Parametrierungsanwendungen ausreichend. Um Robustheit gegenüber Störungen zu erreichen, setzt Bluetooth ein adaptives Frequenzsprungverfahren ein, bei dem das Frequenzband auf 79 Kanälen im Abstand von einem MHz bis zu Mal in der Sekunde gewechselt werden. Bluetooth ist damit robust in der industriellen Umgebung, da es gut mit Effekten wie Mehrwegausbreitung in stark reflektierenden Umgebungen umgehen kann. Bei 80 % der Sensoren in der Fabrikautomation handelt es sich um einfache Näherungsschalter. Ihr Schaltzustand lässt sich in einigen Statusbits ausdrücken, die nur über eine kurze Distanz übertragen werden müssen. Meist liegen die Entfernungen unter zehn Metern, womit das Thema Reich- Schmackhaft penibel. Lösungen für die Brauereibranche Sorgloser Genuss braucht verlässliche Technologie. Machen Sie keine Kompromisse, wenn es um präzise und sichere Messund Regeltechnik speziell für die Lebensmittelbranche geht. Setzen Sie auf 60 Jahre Qualität, hohes Engagement und eine exzellente Branchenexpertise: Willkommen bei JUMO. messen analysieren registrieren Besuchen Sie uns in Halle 6, Stand 415

8 weite für die drahtlose Übertragung nachrangig wird. Mit ZigBee, wie es im Standard IEEE beschrieben ist, lassen sich selbst schnelle Bewegungen in einem üblichen Zeitfenster von zehn Millisekunden übertragen. Da der Energieverbrauch von ZigBee-Geräten relativ gering ist, lassen sich selbst mit kleinen Energy Harvesting Geräten relativ wartungsfreie Lösungen mit einer Lebensdauer von zehn und mehr Jahren realisieren. Eine industrielle Variante von Bluetooth ist WISA (Wireless Interface für Sensoren und Aktoren) für den lokalen Einsatz in Fabriksteuerungen, bei Montagestraßen, Förderbändern sowie bei Roboter- und Handlingsanwendungen. WISA verwendet ein Frequenzsprungverfahren mit einem Zeitraster von zwei Millisekunden und großer Mindestsprungweite. In dem genannten Zeitraster können bis zu 120 Teilnehmer überlappungsfrei kommunizieren. WISA arbeitet mit einer festen Sendeleistung von einem Milliwatt. Inzwischen plant die Profibus Nutzerorganisation (PNO), diese Spezifikation weiterzuentwickeln und um skalierbare Reichweite zu erweitern und um eine Kompatibilität zum IO-Link-Datenmodell zu erreichen. Für Anwendungen, die eine Frequenztrennung für die Koexistenz mit anderen Funksystemen erfordern, ist das Ausblenden bestimmter Kanäle (Blacklisting) vorgesehen. Damit soll der Anwender eine zuverlässige und robuste Funktechnik für die Echtzeitanbindung von Sensoren und Aktoren in der Fertigungsindustrie erhalten. Typische Applikationen für den industriellen Einsatz des neuen Standards WSAN sind Fertigungszellen und Montagelinien mit Einzelsensoren auf bewegten Anlagenteilen, Roboter- und Material-Handlingsanwendungen wie Palettierer mit sehr kurzen Taktzeiten, Verpackungsmaschinen mit vielen schnellen Sensoren/ Aktoren oder Dosieranlagen mit kurzen Reaktionszeiten. Eine Standardisierung für die Prozessindustrie über WirelessHART ist geplant. Elektrische Automatisierung Systeme und Komponenten Internationale Fachmesse und Kongress Nürnberg, Answers for automation Erleben Sie auf Europas führender Fachmesse das ganze Spektrum der elektrischen Automatisierung Aussteller alle Keyplayer der Branche Produkte und Lösungen Innovationen und Trends Weitere Informationen unter oder Ihre kostenlose Eintrittskarte WLAN in der Prozessindustrie In der Prozessindustrie geht es darum, die Statuswerte beim Heizen, Kühlen, Mischen, Rühren, Dosieren und Pumpen sicher zu erfassen und zu übertragen. In der Mehrzahl müssen hierbei analoge Werte wie Druck und Temperatur erfasst werden, die sich relativ langsam ändern. Allerdings sind auch die Distanzen in Prozessanlagen sehr viel größer, was die Reichweite zu einem entscheidenden Faktor bei der Auswahl entsprechender Systeme macht. Von Vorteil erweisen sich dabei entsprechende Wireless- HART-Adapter, die die Diagnosedaten aus intelligenten HART-Geräten auslesen und dem Bedienpersonal über kabellose Gateways zur Verfügung stellen. WirelessHART (Wireless Highway Addressable Remote Transducer) ist die drahtlose Variante des HART-Standards auf der Basis des IEEE-Standard und wurde speziell für Überwachung, Diagnose und langsame Steuerung in der Prozessautomatisierung entwickelt. Es wird hauptsächlich bei großen Distanzen wie zum Beispiel beim Tank-Monitoring, bei Hindernissen auf dem Signalweg wie Bahngleise oder Flüsse, bei Messgeräten auf rotierenden oder beweglichen Teilen oder auch für die nachträgliche oder vorüber gehende Installation von Feldgeräten wie Füllstand-, Durchfluss-, Druck- und Temperaturmesser, etc. eingesetzt. Auf diese Weise lassen sich auch die Bereiche einer Anlage in die kontinuierliche Überwachung einbinden, die bisher manuell und sporadisch inspiziert wurden. Die Funkübertragung ist zudem eine preiswerte Lösung für Fernabfragen, verringert die Betriebskosten und ermöglicht den Mitarbeitern im Feld den Zugang zu Daten sowie die Kommunikation mit verschiedenen Servern in der Anlage. Modular aufgebaute Sensoren können ohne Prozessunterbrechung innerhalb kürzester Zeit ausgebaut, vor Ort geprüft, gewartet, kalibriert und wieder eingebaut werden. Voraussetzung dafür ist, dass digitalisierte Kalibrierungsdaten im Sensorkopf gespeichert sind. Übertragungsdistanzen im Außenbereich können bis zu drei Kilometer von Teilnehmer zu Teilnehmer betragen. Fällt ein Teilnehmer als Übertragungsweg aus, wird die Übertragung automatisch über einen anderen Teilnehmer aufgebaut. Ein Netzwerkmanager steuert die Frequenzbelegung und die zeitliche Abfolge, damit zwischen den Teilnehmern auf unterschiedlichen Pfaden gleichzeitig Informationen ausgetauscht werden können. Die Messwertübertragungszyklen hängen von der jeweiligen Systemkonfiguration ab und liegen typischerweise zwischen 15 Sekunden und mehreren Stunden. Die Netzwerke sind für fünf bis maximal Geräte ausgelegt und unempfindlich gegen fast alle Arten von Störungen. Auf diese Weise können sie auch neben anderen kabellosen Netzwerken bestehen. Inzwischen treibt die PNO auch die Spezifizierung und Standardisierung ihres WSAN- Standards für die Prozessindustrie voran. Aktuell werden in dem Arbeitskreis TC2/WG12/ WSAN die Spezifikationen für die Integration von WirelessHART und WSAN in die Profinet-Welt erarbeitet. Ziel ist eine nahtlose Anbindung an die bestehenden Lösungen und Engineering Tools und die Interoperabilität von Komponenten von PNO, Hart Communication Foundation (WirelessHART) und Fieldbus Foundation (FF). Die Norm IE C gibt bereits einen Hinweis darauf, wie die Protokolle von Profinet über Wireless LAN und Bluetooth zu übertragen sind. ZVEI-Ratschläge im neuen Anforderungskatalog Die drahtlose Kommunikation ist inzwischen so vielfältig, dass es keine Universallösung geben kann. Daher sollten Anwender der geplanten Umstellung auf Funktechnik eine sorgfältige Planung voranstellen. Wie beim Wetter können viele, nicht vorhersehbare Einflüsse auf diesen Kommunikationsweg wirken. Oftmals fehlt in den Firmen das notwendige Know-how. Aus diesem Grund bietet der ZVEI mit dem Anforderungskatalog Wireless- Technologie eine Orientierungshilfe bei der Diskussion über Einsatz von Funktechnik. Basis hierfür sind die Erfahrungen der beteiligten Herstellerunternehmen und Forschungseinrichtungen sowohl im Bereich der Prozess- als auch der Fertigungsautomation. Die Broschüre gibt einen Überblick über den Einsatz von Funksystemen im industriellen Umfeld in verschiedenen Anwendungsfeldern, betrachtet sowohl wirtschaftliche als auch technische Aspekte und unterstützt den Entscheider bei der Planung seiner Anwendung. R.H. 48 Getränke!

9 Schneller von Cranberry zu Waldmeister wechseln.

10 Die aktuelle Diskussion Die Zukunft der industriellen Funktechnologien Funkgestützte Kommunikationstechnik, wie Bluetooth, ZigBee, W-LAN, UMTS-Mobilfunk und vor allem WirelessHart, ist für die industrielle Automation unentbehrlich geworden. Inzwischen lassen sich auch Übertragungsqualität, Verfügbarkeit und Sicherheit einer Wireless LAN-Verbindung so angleichen, dass sie an die Anforderungen leitungsgebundener Kommunikation heranreichen. Doch die drahtlose Kommunikation ist im Maschinen- und Anlagenbau so vielfältig, dass es keine Universallösung geben kann. Der Anwender muss sorgfältig planen. Getränke! sprach mit Karl Glas und Markus Weinländer von der Siemens-Division Industry Automation in Nürnberg.? Getränke!: Funktechnologien glänzen inzwischen mit geringerem Energiebedarf, höherer Bandbreite, hoher Verfügbarkeit und flexibler Kommunikation. Wohin geht hier die Reise und welche Anwendungen sehen Sie?! Karl Glas: Der Energiebedarf ist immer abhängig von der gewünschten Bandbreite. So haben moderne IWLAN Geräte nach IEEE802.11n mit bis zu 450 Mbit/s sicher einen höheren Stromverbrauch als die Geräte nach IEEE802,11abg mit lediglich 54 Mbit/s. Die hohen Bandbreiten des 11n Standard erlauben die Nutzung der Kommunikationsinfrastruktur durch mehrere Dienste gleichzeitig, neben der Automatisierungsapplikationen z. B. die Integration von Video-Streaming wie kamera-basierte mobile Messzelle, optische Überwachung in Minen oder Lokalisierungsanwendungen und Sprachübertragung (z. B. Walky-Talky). Damit können separate drahtlose Lösungen für diese Dienste entfallen. Interessant ist auch die Möglichkeit, drahtlose Safety-Applikationen zu realisieren.? Welche Funkkommunikation setzt sich in der Fertigungsautomation und welche in der Prozessautomation durch? Gibt es hier eine Koexistenz mit zukünftigen oder bestehenden Standards und Anwendungen?! Karl Glas: Aufgrund der Bandbreitenanforderungen wird die in der Factory Automation bereits etablierte IWLAN-Technologie weitere Wachstumsraten sehen. Die Verwendung der auch im Consumer-Bereich verwendeten Funk-ASICs legt dabei die Basis für kostengünstige IWLAN-Produkte und breite Interoperabilität. In der Prozessautomatisierung sind zwei unterschiedliche Anwendungsfälle zu sehen. Für die drahtlose Sensor-Kommunikation steht mit WirelessHART eine zuverlässige Lösung zur Verfügung. Aber auch IWLAN kommt zur Anwendung, z. B. für die drahtlose Kommunikation zur dezentralen Peripherie oder für mobiles Bedienen und Beobachten. Zu beachten sind hierbei jedoch die speziellen Anforderungen, die sich aus den unterschiedlichen EX-Zonen ergeben.? RFID ist eine klassische Anwendungsmöglichkeit für die mobile Funkkommunikation. Welche weiteren Lösungen sehen Sie in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie? SIEMENS INDUSTRY AUTOMATION: KARL GLAS Leiter Produktmanagement industrielle Netzwerkkomponenten bei Siemens Industry Automation, Nürnberg! Markus Weinländer: Der klassische RFID-Anwendungsfall, die Steuerung der made-to-order -Produktion, spielt in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie noch keine große Rolle. Hier geht es vor allem um die Nachverfolgung von Zutaten und Endprodukten sowie um das Asset Management. Durch die Ausrüs- Halle 1 Stand Getränke!

11 NETZSCH TORNADO T2 Drehkolbenpumpen tung, z. B. von Containern oder Behältern mit RFID-Transpondern, kann eine vollautomatische, lückenlose Rückverfolgung realisiert werden. Zusatzvorteile sind dann z. B. die automatische Abrechnung mit den Lieferanten oder die Lagerverwaltung.? Welche Risiken hinsichtlich bereits getätigter Investitionen gehen industrielle Anwender ein, wenn sie ihre Funkkommunikation modernisieren wollen? Was ist Standard und was bleibt Standard, auch wenn die in die Funkgeräte integrierten Komponenten evtl. nicht mehr langfristig verfügbar sind?! Karl Glas: Hier bietet der Standard IEEE n durch die Rückwärtskompatibilität zu IEEE a,b,g besten Investitionsschutz. Vorhandene drahtlose Endgeräte können somit problemlos in eine neue leistungsfähigere drahtlose Kommunikations- Infrastruktur eingebunden werden. Der Kunde kann damit bei der Modernisierung seiner Anlage schrittweise vorgehen.? Die weltweite Verfügbarkeit der Infrastruktur macht GSM/GPRS und UMTS optimal für die Überwachung von Maschinen oder die Kopplung von Steuerungen über große Entfernungen. Wie sieht es hierbei mit der Übertragung von sicherheitsgerichteten Signalen aus?! Karl Glas: Wegen der bei sicherheitsgerichteter Kommunikation in der Regel erforderlichen schnellen Reaktionszeit und dafür nötigen zuverlässigen, stabilen Kommunikationsinfrastruktur sind Zellnetze für diese Anwendungen weniger gut geeignet. Wohingegen verfügbare VPN-Lösungen natürlich auch sichere Kommunikation über Zellnetze ermöglichen.? Welche neuen Anwendungsfelder erschließen sich aus Ihrer Sicht für industrielle Lösungen (Apps auf iphone, ipad und Notebook)? Wie ist es um Sicherheit, Security und Echtzeit bestellt? Karl Glas: Smartphones und Tablet-PCs besitzen heute flexible Möglichkeiten zur drahtlosen Kommunikation. Neben dem Zellnetzanschluss sind WLAN und Bluetooth Standard. Damit ist die Verwendung dieser Geräte auch in industriellen Anwendungen einfach möglich, da kein separates oder zusätzliches Funknetz installiert werden muss. Prinzipielle wäre Bluetooth für die Kommunikation vom Smartphone oder Tablet-PC zu den Automatisierungsgeräten denkbar. Da häufig jedoch schon ein IWLAN vorhanden ist und dieses nicht nur den Zugriff auf ein einzelnes Gerät, sondern das ganze Netzwerk gestattet, ist kaum zu erwarten, dass die Hersteller nur zur Bedienung der Komponenten zusätzliche Bluetooth Schnittstellen in ihre Automatisierungsgeräte integrieren.? Wir danken Ihnen für das aufschlussreiche Gespräch und wünschen Ihnen weiterhin viel Erfolg. Unter dem Motto Connecting Productivity and Efficiency präsentiert Siemens auf der Brau Beviale 2012 sein umfassendes Lösungsportfolio für die Brau- und Getränkewirtschaft. Full Service in Place (FSIP) Einfacher schneller Service ohne Demontage Wechsel von Kolben und Dichtungen in wenigen Minuten Cartridge-Bauweise der Dichtungen für größtmögliche Flexibilität Einfache Reinigung, manuell oder im CIP-Verfahren SIEMENS INDUSTRY AUTOMATION: MARKUS WEINLÄNDER Leiter Produktmanagement industrielle Identifikation bei Siemens Industry Automation, Nürnberg Team NETZSCH Drehkolbenpumpen Bild: Siemens NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH Geretsrieder Straße Waldkraiburg Deutschland Tel.: Fax:

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