Zur Veröffentlichung: A&D DIE MACHER DER AUTOMATION - Rolf Becker

Weitere Informationen im Video: https://youtu.be/lgUDz63pqm0

Kontakt: schinke@as-interface.net

Die Messe IAS (Industrial Automation Show) öffnet vom 15.-19. September Ihre Tore in Shanghai, China. In der aktuellen Aufbauphase erlebt AS-Interface eine starke Nachfrage. Für neue Anlagen in China spielt das Thema Sicherheitstechnik eine Rolle. AS-Interface bietet mit der Safety at Work Technik eine Lösung, die verstärkt nachgefragt wird. Am Messestand wird es darum zwei Schwerpunkte geben: Safety at Work und die neue AS-Interface Technologie ASi-5.

Die AS-Interface Organisation und Ihre Mitglieder freuen sich auf Ihre Fragen und laden Sie zu Fachgesprächen auf dem Messestand ein.

Die Diagnose der ASi-5 Technik bietet Kanal- und Gerätediagnose. Diagnosedaten werden über Azyklische Dienste übertragen. Die detaillierten Informationen ermöglichen Predictive Maintenance, optimiertes Ersatzteilmanagement und mehr. Weitere Informationen im Video: https://youtu.be/75u_hlLSypg.

Über die neue Generation von ASi-5, aber auch über die Peripherie und Trends in der industriellen Kommunikation diskutieren die beiden ASi-5 Projektleiter Bernhard Wiedemann, Geschäftsführer von Bihl+Wiedemann, und Dr. Thomas Sebastiany, Leiter Geschäftsfeld Systeme bei Pepperl+Fuchs.
An der Basis der Automation sind jetzt die Weichen für die nächste Dimension der Digitalisierung gestellt: Wie AS-Interface für eine effiziente und flexible Produktion auf der untersten Geräteebene sorgt und welche Datenwege immer wichtiger werden, wird im Gespräch der beiden Spezialisten kurzweilig skizziert.

Die industrielle Kommunikation ist das Rückgrat von Industrie 4.0. Wie reagiert die produzierende Industrie auf die zunehmende Vernetzung in der digitalen Welt und was spricht für ASi-5 in Zeiten von Ethernet- und Wirelesstechnologien?

Dr. Thomas Sebastiany: „Im Grunde genommen gibt es seit Jahrzehnten bereits die industrielle Kommunikation und über Digitalisierung hat sich die Durchgängigkeit verstärkt. Proprietäre Kommunikationssysteme sind nahezu verschwunden, offene Systeme haben sich durchgesetzt. Heute grenzen sich die diversen Systeme nicht mehr wie früher ab, sondern man engagiert sich zusammen für Standardisierung und Harmonisierung – eine absolute Win-Win-Situation für Hersteller und Anwender.“

Bernhard Wiedemann: „Auch wenn die Verlockungen von Ethernet bis in den Sensor und Funktechnologien groß sind, die Verwaltung der vielen IP-Adressen und die Manipulationsgefahr der Maschinen etwa durch Trojaner oder andere Schadsoftware sind wichtige Faktoren. Und per Funktechnologie lassen sich zwar Entfernungen oft einfacher überbrücken als mithilfe kabelgebundener Lösungen, aber sie muss eben auch zuverlässig funktionieren und resistent gegen äußere Einflüsse sein. Ihr Einsatz macht in der Regel dort am meisten Sinn, wo Mobilität essenziell ist, z.B. bei mobilen Scannern oder Gabelstaplern. Für viele andere Anwendungen haben wir mit AS-Interface – allein schon von der Elektromechanik betrachtet – hervorragende Alternativen.“

Weltweit sind es fast 40 Millionen installierte ASi-Knoten im Feld. Wenn Sie beide jetzt einen Blick nach vorne werfen – verändert sich denn die industrielle Kommunikation mit AS-Interface?

TS: „Durch die Steigerung der Bandbreite und Geschwindigkeit bei ASi-5 gegenüber ASi-3 werden sich eine Reihe weiterer Applikationen zukünftig mit der ASi-Technologie realisieren lassen, die bisher mit ASi-3 nicht umgesetzt werden konnten. Daher gehe ich für beide Ausprägungen davon aus, dass die Anzahl der AS-i-Knoten weiterhin rasant steigt. Eine Kannibalisierung von ASi-3 durch ASi-5 sehe ich nicht, da beide Systeme allein oder in Kombination bei entsprechenden Applikationen ihre Berechtigung haben und behalten werden. Insbesondere in der Kombination mit IO-Link sehe ich ein enormes Wachstumspotential in den nächsten Jahren.“

BW: „ASi-5 wird sich meiner Meinung nach als DAS Zubringersystem zu ethernetbasierten Feldbussen etablieren. Denn damit lassen sich jetzt auch die Daten intelligenter Devices – selbst, wenn sie weit verstreut in der Anlage sind – einfach, kostengünstig und effizient im Feld einsammeln und übertragen. Durch die große Datenbreite und die hohe Geschwindigkeit von ASi-5 entfällt die Notwendigkeit, Ethernet aufwendig bis in die Maschine verlegen zu müssen.“

TS: “Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass die perfekte Abwärtskompatibilität von ASi-5 den Anwendern alle bekannten Vorteile bietet, die man bereits aus der klassischen Vernetzung kennt.“

BW: „Bestehendes kann dadurch so lange weiterverwendet werden, wie man es möchte, und da, wo neue ASi-5 Komponenten eingesetzt werden sollen, lässt sich das ohne viel Aufwand realisieren: indem man lediglich den bestehenden Master durch ein ASi-5/ASi-3 Gateway ersetzt und die neuen Komponenten dort einfügt, wo man sie braucht.“

Auf ein Wort zum Datenaustausch mit Ethernet, TSN und OPC UA – wie bewerten Sie die Rolle von AS-Interface in diesem Umfeld und welche synergetischen Ansätze sehen Sie für den smarten Datenzubringer?

BW: „Wenn es um die TCP/IP-Anbindung an übergeordnete Systeme geht, dann sind die ASi-5/ASi-3 Gateways – von der Sensorik und Aktuatorik aus gesehen – der erste Ethernetknoten. ASi ist auch hier völlig offen, denn alle gängigen ethernetbasierten Feldbusse sind anschließbar und eine in den Gateways implementierte OPC UA Schnittstelle sorgt für I4.0-Anwendungsmöglichkeiten. Und wenn TSN für AS-Interface gefragt sein sollte, so lässt sich auch das mit überschaubarem Aufwand realisieren.“

TS: „Mit TSN werden dem System sogar Echtzeiteigenschaften verpasst, ohne spezielle Hardware zu benötigen. Dies macht den Einsatz von Ethernet-Systemen einfacher. Ergänzend noch, dass über das OPC-UA Protokoll ein Kommunikationskanal sozusagen an der Steuerung vorbei ermöglicht wird, der das Monitoring von Anlagenzuständen vereinfacht. Mittelfristig werden wir über OPC-UA auch Anlagen steuern können, auf Wunsch sogar aus der Cloud heraus. Trotzdem braucht man für all diese vielversprechenden Ansätze nach wie vor einen kostengünstiger Datensammler, der auch einfach zu installieren ist. Hier spielt ASi-5 zusammen mit ASi-3 seine Stärken aus.“

Auf der Sensor-Aktor-Ebene geben sich AS-Interface und IO-Link die Hand: Wie passen die beiden Systeme zueinander? Welche Vorteile ergeben sich daraus für den Anwender?

BW: „IO-Link hat sich als lokale Schnittstelle für intelligente Sensoren und Aktuatoren längst etabliert. Allerdings ist die Integration dieser Punkt-zu-Punkt-Verbindung in die gängigen Feldbusumgebungen oft mit eingeschränkten Leitungslängen, hohem Verdrahtungsaufwand und teuren Ethernet-Feldmodulen verbunden. Genau hier setzt ASi-5 als idealer Zubringer für die digitalisierte, smarte Fabrik an.“

TS: „Dort, wo Daten von intelligenter IO-Link-Sensorik konzentriert sind, bietet die ASi-5 Installationstechnik in Kombination mit IO-Link/ASi-5-Gateways sehr effiziente Lösungsansätze. Hier kann man intelligente Sensorik und Aktuatorik auf dem "letzten Meter" mit IO-Link einsammeln und dann mit dem Zubringer AS-Interface effizient auf dem gelben Flachkabel in die nächste Ebene verdrahten, und dabei den Durchgriff bis in den Sensor hinein durchgängig und transparent erhalten.“

BW: Eines ist noch erwähnenswert. ASi-5 Lösungen sind in vielen Anwendungsfällen deutlich kostengünstiger als vergleichbare Lösungen, etwa mit PROFINET. Gründe dafür sind zum einen die geringeren Modulkosten für ASi-5 Komponenten und die Möglichkeit, auch einzelne IO-Link Devices genau dort einzubinden, wo man sie braucht. Außerdem spart sich der Anwender den höheren Verdrahtungsaufwand, Switches und die Konfektionierung von Ethernetkabeln.“  

Abschließend noch eine letzte Frage: Was ist aus der Sicht des Anwenders das wichtigste Kriterium an ASi-5?

TS: „Ganz klar, der nicht verhandelbare Anspruch an die Abwärtskompatibilität zu ASi-3 war die härteste Nuss bei der Spezifikation von ASi-5. Für die Anwender ergeben sich dadurch noch mehr und leistungsfähigere Lösungsalternativen.“ 

BW: „Neben der bereits angesprochenen Abwärtskompatibilität erwarten die Anwender vor allem Lösungen für bisher nicht mit ASi realisierbare Applikationen, z.B. mit IO-Link.“

ASi-5 eröffnet mit hoher Datenbreite und kurzen Zykluszeiten enorme Potenziale für die digitale Transformation im Maschinen- und Anlagenbau. Intelligente Geräte – beispielsweise IO-Link Devices – lassen sich damit noch einfacher in das Netzwerk integrieren. Die Entwickler von ASi-5 haben schon frühzeitig Profile spezifiziert, die es erlauben, bis zu 32 Byte E/A Daten zyklisch zu übertragen. Praktisch umsetzen lässt sich das auch schon - mit den ASi5/ASi-3 Feldbus Gateways und den ASi-5 Slave / IO-Link Master Modulen von Bihl+Wiedemann.

Im Gegensatz zu aktuell weit verbreiteten Strukturen, in denen die IO-Link Master aufwendig einzeln oder über Switches mit Hilfe eines ethernetbasierten Feldbusses an die Steuerung angeschlossen werden müssen, lassen sich IO-Link Signale mit ASi-5 jetzt deutlich eleganter und effizienter einsammeln. Dabei bleiben zum einen die bewährten Vorteile von AS-Interface wie der im Vergleich zu Feldbuslösungen drastisch reduzierte Verdrahtungsaufwand, der einfache Anschluss per Durchdringungstechnik an das gelbe ASi Kabel, die freie Wahl der Topologie, die Flexibilität bei der Anbindung an alle gängigen Steuerungen und die kostengünstige Integration von Safety auf derselben Infrastruktur erhalten. Zum anderen entfällt die Notwendigkeit, Ethernet aufwendig bis in die Maschine verlegen zu müssen.

Verbesserte Konnektivität steigert Wirtschaftlichkeit

War für den Anschluss von – oft auch nur einem oder zwei – IO-Link Sensoren bislang jeweils ein 4- bzw. 8-Port IO-Link Master mit Ethernetanschluss erforderlich, lässt sich die Ethernetanbindung aller an das ASi Netzwerk angeschlossenen Teilnehmer an die Steuerung jetzt über eine einzige Ethernetschnittstelle im ASi-5/ASi-3 Gateway von Bihl+Wiedemann realisieren. So kann der Anwender pro ASi Kreis auf einer maximalen Leitungslänge von 200 m eine Vielzahl von IO-Link Mastern anbinden. Hierzu werden ASi-5 Slaves mit integrierten IO-Link Master Ports, die das Unternehmen aktuell in 1-Port-, 2-Port- und 4-Port-Varianten anbietet, je nach entsprechendem Bedarf einfach dort, wo sie gebraucht werden, per Durchdringungstechnik an das ASi Kabel geklemmt und so mit dem Gateway verbunden.
Die Anbindung der IO-Link Devices an den jeweiligen Master Port erfolgt, wie gewohnt, über Kabel mit M12-Stecker und einer maximalen Leitungslänge von 20 m. Damit bietet ASi-5 eine wirtschaftliche Lösung, um intelligente Devices bedarfsorientiert, kostengünstig und mit minimalem Verdrahtungs- und IP-Verwaltungsaufwand mit der Steuerung zu verbinden.

Ideal, um beispielsweise Nicht-AS-Interface-Taster in eine Applikation zu integrieren. Die Installation von mechanischen Taster- und Bedienboxen, Maschinensteuerungen oder die Anbindung von Tastern in Panels sind bei der Montage von Anlagen ein wahrer Zeitfresser. Abhilfe schaffen die CB10 Module, die die Vorverdrahtung der benötigten Komponenten einfach und schnell gestalten. Dank der Push-in-Anschlusstechnik lassen sich starre oder mit Aderendhülsen versehene Leiter ohne Werkzeug sehr effizient anschließen.

Betrachtet man die gesamte Prozesskette der Verdrahtung in der Sensor-Aktor-Ebene, so ergeben sich bei zügiger Konfektionierung und Installation der Teilnehmer deutliche Kostenvorteile, die den Einsatz der CB10 Module schnell rechtfertigen. Zudem werden Anschlussfehler minimiert und die Umstellung von bestehenden Systemlösungen ist besonders einfach möglich.

Connectivity für AS-Interface…

… ist bei Pepperl+Fuchs großgeschrieben: Für die Fabrikautomation bietet das Produktportfolio zu Connectivity mit ASi eine Bandbreite, in der Sensorik und Anschlusstechnik optimal aufeinander abgestimmt sind. Im Fokus sind unkomplizierte Montage und einfache Konfiguration, zu dem auch die schnelle Installation mechanischer Taster in das System zählt. Mit dem kompakten CB10-Modul können Anwender bereits vorhandene Tasterboxen in der Anlage montieren. Damit spart diese Vormontage Zeit und Kosten, da die spezifisch konfektionierte Tasterbox nur noch an ASi angesteckt werden muss. Die integrierten LED-Anzeigen bieten eine Diagnosefunktion und die unterschiedlichen Farben der Adern, schützen vor Verwechslungen bei der Installation.

Das CB10-Modul …

… ist einfach in der Tasterbox montiert: Per doppelseitigen Klebestreifen lässt es sich in der Bedientasterbox oder hinter Bedienpanels leicht befestigen. Dabei bietet das Modul größtmögliche Flexibilität, denn es lässt sich direkt über die konfektionierten gekrimpten Aderenden anschließen. Überlastschutz, Verpolschutz, Kommunikationsüberwachung und Unterdrückung von Störimpulsen wie Prellen sind inklusive.

Es gibt keine Einschränkungen für die anzuschließenden Taster. Auch Leuchtfelder oder zusätzliche Sensoren mit Stromaufnahme lassen sich mit dem Allrounder ohne separate AUX-Versorgung aktivieren. Ultrakompakte Ausmaße von 35x40 mm² Grundfläche und 10mm Höhe erlauben mit 200mm Direktanschluss für Ein-/Ausgänge die Bedienung von acht Funktionselementen. Die neue Hotmelt-Direkt-Umspritzung macht das Gehäuse robust und schlagfest. Schließt man die beiden Adern für AS-i noch an einen M12 Stecker im Gehäuse an, so hat man eine besonders effiziente vorkonfektionierte Plug&Play Lösung vor sich.

Das primäre Ziel dieser vierten industriellen Revolution ist es, Produktionsprozesse zu optimieren, Stillstandzeiten zu minimieren und zukünftig noch flexibler zu produzieren. Grundvoraussetzung dafür ist natürlich eine ausreichende Datenbasis, d.h. umfangreiche Informationen über die Produktionsanlagen und den Produktionsprozess müssen erhoben werden. Im Gegensatz zum Greenfield-Ansatz, der ein eher theoretisches Idealbild einer vernetzten Fabrik ist, beschäftigt sich der Brownfield-Ansatz mit der Realität, sprich, wie kann man vorhandene Fertigungsanlagen und Fabriken I4.0-tauglich machen. AS-Interface bietet für diesen Einsatzfall entscheidende Vorteile.
Eine beliebige Produktionshalle irgendwo in der Welt, ein Sammelsurium unterschiedlichster Maschinen, Technologien und Schnittstellen. Alles miteinander verbunden durch ein über Jahre oder gar Jahrzehnte gewachsenes Netzwerk aus Kabeln, Rohrleitungen und Schläuchen. Die Produktionsprozesse laufen und offensichtliche Produktionsengpässe wurden längst erkannt und behoben. Nun aber möchte man mehr über seine Produktion erfahren:

• Wieviel Energie muss pro produziertem Teil aufgewendet werden?

• Wie groß ist der CO2-Ausstoss der Produktion?

• Wie weit sind die Maschinen der Produktion ausgelastet?

• Wie ist die OEE meiner Produktionsanlage?

• Wie lassen sich die Prozesse noch weiter optimieren, um eine bessere Produktqualität zu erreichen?

• Wie können Wartungsintervalle optimiert werden?

• Wie können Stillstandzeiten minimiert werden?

• …

IO-Link – der Schlüssel für Industrie 4.0

Die Liste der möglichen Fragen ist lang, aber grundsätzlich bedarf es immer einer zusätzlichen Anzahl an Datenquellen, also Sensoren, um an alle benötigten Maschinen- und Produktionsdaten zu gelangen. Wenn diese Sensoren darüber hinaus auch noch kommunikativ sind, umso besser. Hier kommt IO-Link ins Spiel, denn IO-Link bietet anstelle von unskalierten Analogdaten bereits lesbare Prozessinformationen. So werden aus 6,3 mA beispielsweise 150 mbar oder 57 °C.  Darüber hinaus ist ein IO-Link-Sensor nicht nur auf einen einzelnen Prozesswert beschränkt, sondern kann, abhängig von der Art des Sensors, direkt mehrere Prozesswerte liefern.    

AS-Interface – wirtschaftlich und einfach

Doch wie konnektiert man diese zusätzliche Sensorik mit geringstem Aufwand in den Maschinen, ohne den Produktionsprozess negativ zu beeinflussen? Idealerweise würden die Sensoren ihre Informationen kabellos an den Server übermitteln, doch leider ist das Thema Energieversorgung der Sensorik heute noch nicht umfassend gelöst, d.h. die Sensoren müssen mit Spannung versorgt werden. Wenn aber sowieso schon zwei Leitungen für die Spannungsversorgung der Sensoren vorgesehen werden müssen, warum dann nicht gleich über diese Leitungen mit den Sensoren kommunizieren? Willkommen in der Welt von AS-Interface.  

AS-Interface besticht durch seine Einfachheit. Eine verpolsichere Flachleitung mit zwei Leitern ermöglicht eine kinderleichte Montage von E/A-Modulen an das System mittels Durchdringungstechnik. Hierbei schneiden sich Piercing-Kontakte des anzuschließenden E/A-Moduls in die Leiter der Flachleitung. Das E/A-Modul ist jetzt komplett mit dem AS-i System verbunden, es ist also mit Spannung versorgt und kann mit dem AS-i Master kommunizieren. Über eine große Vielfalt unterschiedlicher E/A-Module ist sichergestellt, dass nahezu jedes Sensorsignal verarbeitet werden kann, ob nun ein digitales Schaltsignal, ein Analogwert, oder IO-Link-Informationen. Das AS-i Flachkabel hat mit einer maximalen Länge von 600 m eine enorme Reichweite, wobei der Anwender die Topologie frei wählen kann. Größere Distanzen bis zu 3,2 km lassen sich zusätzlich mit einem optionalen Glasfaser-Repeater überbrücken. Egal ob Flachkabel oder Glasfaser, die Störfestigkeit des Systems ist in beiden Fällen beispiellos.