Hirschmann Industrial Ethernet im Maschinenbau

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1 Hirschmann. Simply a good Connection. Hirschmann Industrial Ethernet im Maschinenbau Hirschmann Industrial Ethernet im Maschinenbau White Paper - Rev. 1.2

2 Inhalt Hirschmann Industrial Ethernet im Maschinenbau 1 Einleitung 3 2 Branchen im Maschinenbau 4 3 Industrial Ethernet Anwendungen im Maschinenbau Anwendungsfelder Aktuelle Industrial Ethernet Anwendungen im Maschinenbau Vernetzen von Einzelmaschinen bzw. Maschinenmodulen Vernetzen innerhalb einer Maschine 7 4 Die Zukunft von Industrial Ethernet im Maschinenbau 8 5 Fazit 10 6 Topologien / Hirschmann Kommunikationskompetenz 11 7 Produkte 13 Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 2 / 13

3 Hirschmann Industrial Ethernet im Maschinenbau 1 Einleitung Der Maschinenbau zählt seit Jahrzehnten zu den weltweit bedeutendsten Wirtschaftssektoren mit hohem Wachstumstempo. Die Branche zeichnet sich durch eine ausgeprägte Innovationskraft aus und die von ihr ausgehenden technologischen Impulse beeinflussen viele andere Industriezweige. Bild Maschinenbau-1: Maschinen ausfuhr der wichtigsten Lieferländer 2002 Der Maschinenbau steht in den nächsten Jahren vor wichtigen technischen Herausforderungen wie: Verstärkter Trend zu einer Software basierten Wertschöpfung. Zunehmende Nachfrage nach Spezialmaschinen, die individuell auf Kundenbedürfnisse zugeschnitten sind. Wachsende Bedeutung von Teleservice, Fernwartung sowie anderen technologisch orientierten Dienstleistungen im Zuge fortschreitender Globalisierung. Um diesen Herausforderungen Rechnung zu tragen gibt es im Bereich der Automatisierungstechnik zum Thema Ethernet im Maschinenbau eine Reihe von Weiterentwicklungen. Als Stichworte sind hier mobile Kommunikation, PC-basierte Steuerungen, dezentrale Steuerungstechnik, modularer Maschinenbau, Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 3 / 13

4 intelligente Sensoren und Bildverarbeitung, Flexibilität durch Softwareeinsatz sowie neue Formen und Möglichkeiten der Mensch-Maschine-Interaktion zu nennen. Ethernet ist heute die am meisten verbreitete Kommunikationstechnologie bei EDV-Systemen. In dieser sogenannten Büroumgebung hat sich Ethernet als Standard durchgesetzt. Dabei bietet Ethernet die Möglichkeit verschiedenste Übertragungsmedien wie Kupfer, Glasfaser oder auch Wireless zu verwenden. Die Datenübertragungsraten reichen von 10 Mbit/s und 100 Mbit/s über 1 Gigabit/s bis zu 10 Gigabit/s. Die Ethernet-Technologie gewinnt in der industriellen Automatisierung immer mehr an Bedeutung. Neben den Vorteilen einer standardisierten Kommunikationssprache ergibt sich ebenso eine nahtlose Infrastruktur, die vom Büro zur Maschine bzw. bis zum Sensor reicht. Somit stehen Prozeß- und Fertigungsdaten nicht nur auf Feldebene, sondern auch in übergeordneten EDV-Systemen zur Verfügung. Einen weiteren wesentlichen Einflußfaktor stellen die Betriebsmittelvorschriften der Automobilindustrie dar. Dies gilt vor allem für die Bereiche Robotik & Automation, Fördertechnik und Werkzeugmaschinenbau. Im Maschinenbau wird Ethernet von der Leitebene über die Steuerungsebene bis zur Prozeßebene vordringen, wobei in naher Zukunft auch zeitkritische Anwendungen durch echtzeitfähige Ethernet- Systeme lösbar werden. 2 Branchen im Maschinenbau Im Maschinenbau gibt es weltweit eine große Anzahl verschiedener Fachzweige und Branchen. Aufgrund des hohen Volumens, des hohen Automatisierungsgrades und des Wachstums, wurden folgende Branchen als potentiell interessante Branchen für Hirschmann Industrial Ethernet identifiziert: Verpackungsmaschinen Druck- und Papiermaschinen Maschinen für die Nahrungsmittelindustrie Fördertechnik Robotik & Automation Werkzeugmaschinen Gummi- und Kunststoffmaschinen Textilmaschinen Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 4 / 13

5 3 Industrial Ethernet Anwendungen im Maschinenbau 3.1 Anwendungsfelder Typische Anwendungsfelder für Industrial Ethernet Produkte sind: Betriebsdatenerfassung Fernwartung Bedienen, Beobachten, Programmieren Zu den Themen Profinet, Security, Echtzeit und Wireless gibt es in weitere White Paper von Hirschmann. 3.2 Aktuelle Industrial Ethernet Anwendungen im Maschinenbau Vernetzen von Einzelmaschinen bzw. Maschinenmodulen Diese Anwendung zeigt die Verbindung von gleichen oder verschiedenen Einzelmaschinen bzw. Maschinenmodulen. Ein Beispiel hierfür ist die Vernetzung von mehreren Maschinen zum Abfüllen von Nahrungsmitteln in Schlauchbeutel. Anschließend werden die gefüllten Beutel einem Kartonierer zugeführt und dort in Kartons verpackt Direkte Anbindung der Steuerungsebene an die Leitebene Steuerungs- Ebene Leit- Ebene Ohne Industrial Ethernet Mit Industrial Ethernet Bild Maschinenbau-2: Unterschied Anbindung ohne / mit Industrial Ethernet Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 5 / 13

6 Mit Hilfe von Industrial Ethernet können Produktionsmaschinen nun direkt mit der Leitebene verbunden werden. Vor Industrial Ethernet bzw. ohne die Vernetzung zwischen Produktionsmaschine und Leitebene musste der Maschinenbediener die Anzahl der zu produzierenden Teile mit Hilfe von Bedienkonsolen manuell an der Maschine eingeben. Die verarbeiteten Aufträge meldete der Maschinenbediener mittels einer PC-Bedienstation an die Leitebene. Durch die direkte Verbindung der Maschine mit der Leitebene können z.b. die Kosten für den PC zur Leitebene eingespart werden. Mit Industrial Ethernet lassen sich nicht nur Investitionskosten senken, es ergeben sich weitere Optimierungsmöglichkeiten für den Produktionsbetrieb. Parameter und Werte, die manuell vorgegeben werden mussten, können nun über das Ethernet-Netzwerk online in die Maschinensteuerung übertragen werden, wodurch die Umrüstzeiten erheblich verkürzt werden. Die Online-Übertragung der aktuellen Produktionsdaten an die Leitebene ermöglicht außerdem ein optimales Steuern der Produktion. Die Maschinenbediener müssen weniger Daten manuell von und zur Steuerung übertragen, was für den Endkunden eine Reduzierung von Fehlerquellen bedeutet. Dies führt zu einer Qualitätsverbesserung. Die Möglichkeit, sämtliche Produktionsmaschinen vom Leitstand aus zu überwachen, vermeidet unnötige Stillstandszeiten und verbessert die Produktionsleistung Ferndiagnose Bild Maschinenbau-3: Ferndiagnose Der Einsatz von Industrial Ethernet vereinfacht die Ferndiagnose von Maschinen. Neue CNC- und SPS- Steuerungen verfügen bereits über einen Ethernet-Anschluss. Dadurch werden Kosten für die Anbindung Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 6 / 13

7 durch Feldbus-Gateways eingespart. Während früher jede Maschine bei Bedarf separat mit einer Telefonverbindung versorgt werden musste, ist jetzt die Ferndiagnose sämtlicher Maschinen im Netz möglich. Dies gilt im übrigen nicht nur für Steuerungen, sondern für alle Teilnehmer im Netz, die über einen Ethernet-Anschluss verfügen Bedienen, Beobachten und Programmieren Maschine 1 Maschine 2 Maschine 3 Maschine 4 Bild Maschinenbau-4: Bedienung von verschiedenen Orten im Netzwerk Die Vernetzung mehrerer Maschinen per Ethernet ermöglicht das Bedienen, Beobachten und Programmieren einzelner Maschinen von verschiedenen Orten im Netzwerk. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich dabei um einen PC-Leitstand im Meisterbüro oder um ein Touchbedienpanel direkt an einer Maschine handelt. Die Inbetriebnahmezeiten werden verkürzt und die Fehlersuche wird vereinfacht. Immer öfter müssen einzelne Maschinen verschiedener Hersteller zu einer Fertigungsstrasse verbunden werden. Hier liegt eine der wesentlichen Stärken von Ethernet, da die Schnittstellen unterschiedlicher Feldbusse entfallen. Dies führt ebenfalls zu einer erheblichen Kostenersparnis Vernetzen innerhalb einer Maschine Werden in einer Maschine mehrere Steuerungen eingesetzt können bereits heute in vielen Fällen SPS und Bedienstationen mit Industrial Ethernet vernetzt werden. Da bei der Vernetzung in der Maschine und der Vernetzung mit der Leitebene nur noch ein Kommunikationssystem, Industrial Ethernet, eingesetzt wird, kommen weniger unterschiedliche Kommunikationsgeräte zum Einsatz. Das bedeutet, dass sich die Lieferantenzahl reduziert und der damit verbundene Trainingsaufwand sinkt. Die Bedienung und Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 7 / 13

8 Konfiguration intelligenter Subsysteme lässt sich durch eine Ethernet-Verbindung mit geringerem Softwareaufwand als mit konventionellen Feldbussen realisieren, zusätzliche Offline-Tools können entfallen. Dieser Vorteil nützt auch den Betreibern der Anlagen. Im Bedarfsfall kann auf jedes Gerät über das Netzwerk zugegriffen werden. Industrial Ethernet erlaubt die Integration aller vorhandenen Systeme. Ein weiterer Nutzen besteht für die Maschinenbauer in der Realisierung des modularen Maschinenbaus. Einzelne Maschinenmodule werden autark automatisiert und dann einfach über Industrial Ethernet vernetzt. Ethernet erlaubt nicht nur den Austausch von Prozessdaten, sondern auch die Konfiguration, die Programmierung und die Diagnose der einzelnen Module über das Netzwerk. Die Modularisierung der Maschinen reduziert die Fertigungs- und Lieferzeiten und senkt dadurch die Herstellkosten. Bild Maschinenbau-5: Einsparpotential durch den Einsatz von Ethernet 4 Die Zukunft von Industrial Ethernet im Maschinenbau Wie bereits beschrieben setzen Maschinenbauer heute schon Industrial Ethernet bei Betriebsdatenerfassung, Fernwartung sowie bei Bedienen, Beobachten und Programmieren ein. Es ist jedoch absehbar, dass Industrial Ethernet weiter in die Feldebene vordringen und Steuerungsaufgaben übernehmen wird. In diesen Bereichen stellt sich unmittelbar die Frage nach Echtzeitfähigkeit der eingesetzten Kommunikationsmedien. Dort dominieren immer noch die klassischen Feldbusse, wie z.b. Hirschmann Industrial Ethernet im Maschinenbau White Paper Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA Rev / 13

9 Profibus, Devicenet, Controlnet, Interbus-S, CAN und Sercos. Es ist jedoch heute schon erkennbar, dass für diese Anwendungen zukünftig Industrial Ethernet eingesetzt werden wird. Es sind Ansätze von verschiedenen Firmen und Konsortien vorhanden, Industrial Ethernet echtzeitfähig zu machen. Verschiedene Applikationen, in denen Industrial Ethernet Steuerungsaufgaben in Echtzeit bewältigen muss, existieren bereits. Bei Ethernet Powerlink werden beispielsweise seit 2002 Maschinen in Echtzeit vernetzt. Eine weitere Echtzeit-Möglichkeit sind Industrial Ethernet Komponenten, die den Standard IEEE 1588 unterstützen. IEEE 1588 Bild Maschinenbau-6: Vernetzung der Geräte in Echtzeit Dass alle wichtigen Konsortien und Hersteller bereits Lösungen anbieten oder in Planung haben unterstreicht die Bedeutung dieses Themas. Lösungen bzw. Ansätze sind z.b.: PTP (IEEE 1588) SNTP Ethernet Powerlink Ethernet/IP CIP Sync (basierend auf IEEE 1588) Profinet (I/O, SRT und IRT) Sercos V3 Ethercat... Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 9 / 13

10 5 Fazit Industrial Ethernet gewinnt im Maschinenbau durch die am Anfang genannten Herausforderungen immer mehr an Bedeutung: Verstärkter Trend zu einer Software basierten Wertschöpfung. Zunehmende Nachfrage nach Spezialmaschinen, die individuell auf Kundenbedürfnisse zugeschnitten sind. Wachsende Bedeutung von Teleservice, Fernwartung sowie anderen technologisch orientierten Dienstleistungen im Zuge fortschreitender Globalisierung. Diese Herausforderungen veranlassen Maschinenbauer über den Einsatz von Industrial Ethernet nachzudenken und bereits heute einzusetzen. Dabei stehen die technologischen Vorteile im Vordergrund, der Kostenaspekt darf jedoch nicht vernachlässigt werden. Aus diesen Gründen wird es für den Maschinenbau umso wichtiger sein, Komponenten am Markt zu finden, die den technologischen Anforderungen gewachsen sind. Dazu gehören u.a. managebare Komponenten, wie die Hirschmann MICE oder Rail Familie, aber auch günstige, einfache Lösungen für den industriellen Einsatz wie z.b. die Hirschmann Switche SPIDER 5TX, 8TX und 4TX/1FX. Ein weiterer Bereich, dem in Zukunft mehr Beachtung geschenkt werden muss, sind Komponenten in hoher Schutzart (IP67). Produkte wie der Hirschmann Switch OCTOPUS 5TX erlauben es dem Maschinenbauer den Switch ohne ein teures, platzraubendes Schutzgehäuse direkt an der Maschine anzubringen. Weitere White Papers sind zu folgenden Themen erhältlich: Security-Konzept Wireless LAN Realtime ETHERNET Interoperabilität in PROFInet-Anwendungen Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 10 / 13

11 6 Topologien / Hirschmann Kommunikationskompetenz Bild Maschinenbau-7: Beispiel Stapeltechnik Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 11 / 13

12 Bild Maschinenbau-8: Vernetzung in der Druckindustrie Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 12 / 13

13 7 Produkte Anschluss mit System. Wer mehr erwartet, soll auch mehr bekommen: Ein Maximum an Sicherheit, Flexibilität und Komfort. Matthias Schlosser / Peter Schäffeler Hirschmann Automation and Control GmbH Neckartenzlingen, Germany Quellen: Hirschmann Automation and Control GmbH, CAT, IKB Report, VDMA 13 / 13