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6/2019
www.etz.de
A8100
TITELSTORY MES IM FOKUS GMA-INFORMATIONEN 1/2019
Digitale Transformation Magazin des Neuheiten der Mess- und
lässt Profinet wachsen MES DACH Verband e. V. Automatisierungstechnik
2 www.etz.de X/2019
EDITORIAL
Sicherheitsaspekte
der KI
Systeme zur Fertigungs- und Prozessautomatisierung sind zuneh-
mend denselben Cyber-Risiken ausgesetzt wie die konventionelle
IT – durch ungerichtete Schadsoftware ebenso wie durch aufwendig
vorbereitete, gezielte Angriffe. Die durch Cyber-Vorfälle verursach-
ten möglichen Schäden reichen von Produktionseinbußen über Da-
tenabfluss bis zu physischen Schäden an den betroffenen Anlagen.
Für die zehn am häufigsten beobachteten Bedrohungen veröffent-
licht das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik übri-
gens regelmäßig ein Dokument mit Problembeschreibungen, mög
lichen Bedrohungsszenarien und Gegenmaßnahmen (www.allianz-
fuer-cybersicherheit.de).
Aufgrund der steigenden Vernetzung im Rahmen von Industrie 4.0
INTEGRIERT
nehmen die Möglichkeiten böswilliger Angriffe auf industrielle Sys-
teme noch zu. Deswegen empfehlen Experten, zusätzliche oder er- IN EINEM
weiterte Sicherheitsmaßnahmen zu treffen, die sich auf Industrie-
4.0-Komponenten, deren innerer Sicherheit und deren externem SYSTEM
Kommunikationsverhalten fokussieren. Hier bietet sich der Einsatz
von künstlicher Intelligenz (KI) an, z. B. um innerhalb eines Indus Hochmodulare PAC/PLC
trie-4.0-Wertschöpfungsnetzwerks Anomalien zu erkennen und zu
bewerten, muss aber gleichzeitig auch als Quelle neuer Sicherheits
risiken gesehen werden. So lassen sich Angriffserkennungssysteme, • Sicherheitssteuerung
im englischen Intrusion Detection Systems (IDS) – ergänzt um KI-
Funktionen –, gezielt mit Angriffsmustern, z. B. mit Denial of Ser- • Visu/SCADA webbasiert
vice-Angriffen (DoS), oder aber auch mit sogenannten „Normalzu- • Software Modulkonzept
ständen“ trainieren, um Anomalien zu erkennen. Ein weiteres An-
wendungsgebiet von KI liegt in der Erkennung von Schadsoftware • IT Security
zu einem möglichst frühen Zeitpunkt nach dem Eindringen. Auf
der anderen Seite erfolgen Cyberangriffe mit KI-Unterstützung bei • Flexible Programmierung
der Überwindung von Kontrollsystemen zielgenauer, präziser und - IEC 61131
wirkungsvoller.
- C/C++
Wer sich näher mit den Sicherheitsaspekten der künstlichen Intelli-
genz im Rahmen von Industrie 4.0 befassen möchte – und das soll-
- Modellbasiert (MATLAB®)
te man –, dem ist eine aktuelle Publikation der Plattform Industrie • SW Oszilloskop
4.0 (www.plattform-i40.de) zu empfehlen. Diese erklärt die prinzi-
piellen technischen Wirkmechanismen von modernen KI-Konzep- • Motion Control
ten sowie deren Einfluss auf Sicherheitskonzepte und rekapituliert
die zentralen Sicherheitsanforderungen der Industrie 4.0. • Multi-Kommunikations-
lösungen
• I4.0 Lösungen
- Flottenmanagement
Frank Nolte
frank.nolte@vde-verlag.de - Condition Monitoring
- Fernwartung
6/2019 www.etz.de 3
www.bachmann.info
INHALTSVERZEICHNIS etz elektrotechnik & automation · 140. Jahrgang · 6/2019
Unternehmen & Branchen
08 Endress+Hauser steigert Nettoumsatz 2018
um 9,5 % auf 2,455 Mrd. €
09 Pilz: „Wachstum im schwierigeren Umfeld“
10 ZVEI: Elektroexporte legen im März 2019
um 6,7 % zu
10 Neue Businessplattform fördert
weltweite Skaleneffekte für IoT-Lösungen
Seite 16
Die vielversprechenden neuen Möglichkeiten
von TSN, OPC UA, MQTT lassen sich erst dann
nutzen, wenn die neuen Protokolle auch in der
Kommunikationsschnittstelle des Automatisie-
rungsgeräts implementiert wurden
Fertigungs- & Maschinenautomation
12 Digitale Transformation lässt Profinet wachsen
16 TSN einfach Nachrüsten
20 Molkerei wird digital
22 Engpässe in komplexen Montageanlagen erkennen
27 Produkte
Seite 39
Um die Qualität der Spannung bestimmen zu Prozess- & Energieautomation
können und rechtzeitig vor einem Ausfall oder
einer Störung geeignete Gegenmaßnahmen er-
30 Scada-System mit Soft-SPS
greifen zu können, sind vorbeugende Messun-
steuert Energiespeichersystem
gen nötig
39 Schlechte Netzqualität erkennen und beheben
41 Produkte
Antriebs- & Schalttechnik
59 Antriebssysteme – Interdisziplinär zum Erfolg
62 Produkte
Seite 59
Neben dem konstruktiven Aspekt und der Mo-
torwahl kommt es bei der Auslegung von An-
triebssystemen vor allem auf die technischen
und kommerziellen Anforderungen des End-
systems an
4 www.etz.de 0/2019
—
Mit Multi-Reset
Sicherheitsrelais Sentry erhöht
Maschinenverfügbarkeit
Von Basisausführungen für einfache Sicherheitsanwendungen bis hin zu hoch
flexiblen Universalmodellen – die neue Sentry Baureihe von ABB umfasst das
gesamte Spektrum an Sicherheitsrelais. Die MultiResetFunktion ermöglicht
das Zurücksetzen von bis zu zehn Relais mit nur einem ResetTaster das verein
facht das ResetVerfahren und minimiert Ausfallzeiten. Zudem können die er
forderliche Kabellänge, der Platzbedarf und die Installationszeit reduziert
werden. Abnehmbare Klemmen verkürzen die Verbindungs und Austauschzeit
en. Ein Display und DreiFarbenLEDs ermöglichen eine umfangreiche Fe
hlerDiagnose und Beseitigung. Mehr Infos dazu finden Sie unter: abb.de/
maschinenbau
0/2019 www.etz.de 5
Komponenten & Peripherie
63 Interne Prüftechnik steigert Effizienz
der Elektronikfertigung
66 Von der Insellösung zum zentralen
Messdatenmanagement
70 Produkte
Seite 66
Wenn unterschiedlichste Sensorik und Erfassungs- Rubriken
hardware zum Einsatz kommt, wie bei der Turbinen-
prüfung, hilft ein Messdatenmanagement dabei, die 33 VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisie-
Datenquellen zu vernetzen, die Datenformate zu ver- rungstechnik: GMA-Informationen 1/2019
einheitlichen sowie die Messdaten vorzuverarbeiten,
zentral zu speichern und synchron bereitzustellen 72 Bücher & Software
73 VDE aktuell
98 Impressum
Anzeige
Digitale Transformation lässt Profinet wachsen
Industrie 4.0 definiert die spezifischen Aspekte der digitalen
Transformation für die Produktion. Als führender Standard in
allen Produktionsfeldern hat sich Profinet weltweit etabliert.
Die zunehmend konkreter werdenden Themen in diesem
Umfeld haben Profibus & Profinet International die Richtung
vorgegeben, in die seine Technologien – allem voran Profinet
– zu entwickeln sind. Denn nur eine zeitgemäße kontinuier
liche Weiterentwicklung dieser Technologien garantiert
Unternehmen, die diese in ihre Produkte integrieren, einen
langfristigen wirtschaftlichen Erfolg (siehe Seite 12).
Bild: Profibus & Profinet International, Karlsruhe:
www.profibus.com
6 www.etz.de 0/2019
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UNTERNEHMEN & BRANCHEN
Ticker Endress+Hauser steigert Nettoumsatz 2018
Nord Drivesystems macht mobil. Mit der Nord-
um 9,5 % auf 2,455 Mrd. €
con App und dem Bluetooth-Stick Nordac Access Auf seiner jährlichen Bilanzmedien- rung. Nach Jahren mit eher schwacher
BT hat der Antriebsspezialist eine mobile Inbe- konferenz gab Endress+Hauser (www. Investitionstätigkeit kehrten die gro-
triebnahme- und Servicelösung für alle Nord- de.endress.com) am 14. Mai die Zahlen ßen Projekte zurück. CFO Dr. Luc
Antriebe geschaffen. Gemeinsam ermöglichen sie für das abgelaufene Geschäftsjahr 2018 Schultheiss zufolge entwickelte sich
eine temporäre kabellose Verbindung. So kann die bekannt: Die Firmengruppe erzielte das Unternehmen damit „über dem
Inbetriebnahme beschleunigt, die Wartung ver- einen Umsatz von nahezu 2,5 Mrd. € Durchschnitt der Branche“.
einfacht und Mängel schneller behoben werden. und ist über alle Regionen, Branchen Das Geschäft lief auch in Europa
und Produktbereiche hinweg gewach- sehr gut, in Afrika/Nahost sowie dem
Stadtwerke Schwäbisch Hall setzt bei Windpark sen. Für Impulse sorgten die fortschrei- asiatisch-pazifischen Raum sogar dy-
auf Mittelspannungstechnik von Ormazabal. Die tende Digitalisierung in der Industrie namisch. Am stärksten aber war das
Stadtwerke Schwäbisch Hall haben mit der Roten sowie die positive Entwicklung auf den Wachstum in Amerika. „Die USA ha-
Steige in der Gemeinde Michelfeld einen neuen internationalen Märkten. ben nach 65 Jahren Deutschland als
Windpark ans Netz gebracht. Dort erzeugen heu- „Es ist 2018 praktisch weltweit gut unseren größten Absatzmarkt abge-
te drei Turbinen mit einer Leistung von jeweils für Endress+Hauser gelaufen“, erklärte löst“, berichtete M. Altendorf. Das Ge-
3,6 MW klimafreundlichen Strom. Möglich macht CEO Matthias Altendorf. Getragen schäft in China legte ebenfalls zwei-
das die Übergabestation mit Mittelspannungstech- wurde das Geschäft von einer starken stellig zu. „Wenn die Entwicklung so
nik von Ormazabal. Konjunktur in der Prozessautomatisie- weitergeht, könnte bald schon China
unsere Nummer eins sein“, so der CEO.
Die Unternehmensgruppe sei auch
Personalia gut ins laufende Jahr gestartet. Sie
liege in Auftragseingang und Umsatz
Neue Geschäftsführung bei Siei-Areg derzeit deutlich über dem Vorjahr. Für
Der Italiener Christian Pampallona die zweite Jahreshälfte erwartet das
hat die Geschäftsführung der Siei- Unternehmen jedoch, dass sich diese
Areg GmbH übernommen. Er wird Entwicklung abschwächt. „Wir rech-
darüber hinaus in der Business nen dennoch mit solidem Wachstum
Unit Drives & Motion Control beim im mittleren einstelligen Prozentbe-
Mutterkonzern Gefran S. p. A. für die Leitung des Matthias Altendorf (l.), CEO der reich“, sagte L. Schultheiss. Dem Fi-
Antriebsgeschäft verantwortlich sein. Endress+Hauser-Gruppe, und Verwal- nanzchef zufolge sind Investitionen
tungsratspräsident Klaus Endress (r.) von 260 Mio. € geplant.
Neuer CEO bei Omron
Seit dem 1. April 2019 ist Seigo Kinu-
gawa (53) CEO des Industrieauto-
matisierungsgeschäfts in der Marktstudie 2019: Welche Schnittstellen/Bussysteme nutzen Sie heute im
Servoantrieb? AUSZUG
EMEA-Region von Omron. Er tritt
Servoantriebe weiter auf Wachstumskurs
Marktstudie
Servoantriebe - nach Jahr der Befragung -
2019
damit das Erbe von Hiroyuki Usui
an, der sich in den Ruhestand verabschiedet. Auch Der Markt für Servoantriebe ist nach 19,9%
PROFINET 54,5%
die Position des Managing Executive Officers der wie vor wachsend. Das ergab eine ak- 63,1%
Omron Corporation wird S. Kinugawa bekleiden. tuelle unabhängige Studie, die von 71,4%
Dipl.-Betriebswirtin Michaela Rothhöft, PROFIBUS
38,6%
65,8%
wissenschaftliche Mitarbeiterin der Fach- 25,9%
Berichtigung hochschule Südwestfalen, freiberuflich Ethernet/IP 27,3%
26,3%
durchgeführt wurde (www.marktstudien.
13,2%
In der etz 5/2019 hat sich im Beitrag „Getestet: org). Nach dieser rechnen fast sechs EtherCAT 23,8%
25,8%
Isolationsverhalten von Leitungen bei Gleichspan- von zehn Maschinenbauern in der Zu-
nung“ (S. 48 – 51) leider ein unglücklicher Fehler kunft mit einem steigenden Bedarf. 32,7% 2011
CAN-Bus 29,4% 2015
eingeschlichen. Korrekt muss es am Ende des Bedeutende Entwicklungen werden in 21,2%
2019
ersten Absatzes auf S. 49 bzw. in der Bildunter- der Integration von immer mehr Si- Einsatz von Schnittstellen/Bussystemen
schrift zu Bild 2 heißen: „Über einen Zeitraum von cherheitsfunktionen in den Servoan- (Auszug)
2 590 h wurden hier Einzeladern mit verschiedenen trieb sowie im verstärkten Einsatz
Isolationsmaterialien in einem Wasserbad bei ethernetbasierter (auch sicherer) Proto-
80 °C mit DC 1 kV belastet, um die Auswirkungen kolle gesehen. im Januar/Februar 2019 deutschland-
im Zeitraffer nachzuvollziehen. Bei der aktuellen Studie „Servoan- weit 246 Maschinenbauer und Inge
Der komplette, korrigierte Beitrag findet sich triebe“ handelt es sich um die 5. Auf- nieurbüros über Kaufverhalten, tech-
online unter www.etz.de lage, deren Erstausgabe 2003 erschie- nische Anforderungen und zukünftige
nen ist. Für die jetzige Ausgabe wurden Entwicklungen befragt.
8 www.etz.de 6/2019
VDMA: Maschinenexporte weiter auf Wachstumskurs Pilz: „Wachstum im
Nach Angaben des VDMA (www.vdma. freulich lief der Handel mit den süd
schwierigeren Umfeld“
org) hat Deutschland im ersten Quar- lichen EU-Staaten: Griechenland, Por- Die Pilz-Unternehmensgruppe (www.
tal 2019 für 43,8 Mrd. € Maschinen tugal und Spanien (+ 41,9 %, + 13,9 % pilz.com) bleibt trotz wirtschaftlicher
exportiert. Das sind 2,1 % mehr als im und + 8,5 %). Der VDMA verweist Eintrübung auf Wachstumskurs: Im
Vorjahreszeitraum. Die Exporte in den darauf, dass es sich bei den Zahlen für Geschäftsjahr 2018 erzielte das Auto-
größten Einzelmarkt, die USA, wuch- matisierungsunternehmen einen Um-
sen mit 10,4 % weiterhin kräftig, nach satz von 345 Mio. € (+ 2,1 %). Die
China hingegen nur leicht um 0,4 %. Anzeige Zahl der Mitarbeiter stieg erstmals auf
„Auf der anderen Seite hinterlässt über 2 500.
die durch die US-amerikanischen „Die wirtschaftliche Abschwächung
Handelssanktionen ausgelöste Verun- sowie die unsichere Weltwirtschaft wa-
sicherung unserer Kunden unmissver- ren wesentliche Faktoren, dass wir beim
ständlich Spuren“, relativiert VDMA- Umsatz 2018 unter Plan geblieben
Chefvolkswirt Dr. Ralph Wiechers sind. Dennoch sind wir insgesamt mit
den Exportanstieg in die USA im ers- der Entwicklung unseres Unternehmens
ten Quartal. zufrieden. Wir investieren kontinuier-
Die Exporte in die „EU-28“ liefen lich in Forschung und Entwicklung
laut VDMA mit + 3,9 % ebenfalls ver- sowie den Ausbau unserer Produktions-
gleichsweise gut. Die EU-Länder neh- k-online.com kapazitäten. Daher sind wir gut gerüs-
men insgesamt 48,7 % der deutschen tet für die kommenden Anforderungen
Maschinenexporte auf. Die Ausfuhren des Markts“, erklärt Susanne Kun-
nach Schweden und Ungarn wuchsenkmd1902_53x50_DE.indd 1 25.04.19 16:20 schert, geschäftsführende Gesellschaf-
mit + 10,4 % bzw. 11,9 % zweistellig. terin der Pilz GmbH & Co. KG.
Aber auch die Exporte nach Frank- den EU-Intrahandel um vorläufige
reich – traditionell wichtigster Partner Werte handelt, weil es hier in aller Re-
innerhalb der EU – konnten deutlich gel zu zahlreichen Nachmeldungen
zulegen (+ 9,6 %). Ebenfalls sehr er- kommt.
Bitkom: Ein Großteil der deutschen Industrie
Bild: Pilz GmbH & Co. KG
plant mit 5G
Die deutsche Industrie sieht große ultrakurze Reaktionszeiten sind die
Chancen im kommenden Mobilfunk- Basis für die smarte Fabrik. Die deut-
standard 5G. So gibt die Hälfte der sche Industrie bekommt mit 5G einen
Industrieunternehmen ab 50 Mitar- enormen Schub.“ Umso erstaunlicher Familienunternehmen in dritter Genera
beitern in Deutschland (49 %) an, ist für Bitkom, dass die 5G-Versorgung tion: Seit 2018 bilden Susanne Kunschert
dass die künftige Verfügbarkeit von für 55 % der Industrieunternehmen und Thomas Pilz die Geschäftsführung
5G für sie wichtig sei. Bei Großkon- momentan noch kein Thema ist. „Die der Pilz-Gruppe
zernen ab 2 000 Mitarbeitern sind es Bundesnetzagentur hat Frequenzberei-
zwei Drittel (66 %). Derzeit planen che für die lokale 5G-Nutzung reser-
oder diskutieren aber nur zwei von viert. Wenn kaum ein Unternehmen Der Maschinenbau und die produ-
fünf Industrieunternehmen (42 %) davon Gebrauch machen will, liegen zierenden Unternehmen sind nach wie
eine 5G-Versorgung, davon gut ein diese Frequenzblöcke ungenutzt brach. vor die wichtigsten Absatzmärkte für
Drittel (36 %) eine 5G-Versorgung Wer sich jetzt nicht mit 5G beschäf- das Automatisierungsunternehmen.
durch einen Netzbetreiber. 6 % be- tigt, riskiert das Geschäft von morgen.“ Seine Ausrichtung als internationa-
schäftigen sich mit 5G über lokal nutz- Zum geplanten 5G-Aufbau stellt ler Lösungsanbieter für die sichere
bare Frequenzen. Das ist das Ergebnis die Industrie dem Standort Deutsch- Automation treibt Pilz weiter voran:
einer repräsentativen Umfrage unter land allerdings auch nur ein durch- Die Betreuung der aufstrebenden Märk-
mehr als 500 Industrieunternehmen in wachsenes Zeugnis aus: Nur 2 % der te in Südostasien hat Pilz 2018 z. B.
Deutschland im Auftrag des Digital- Industrieunternehmen sehen Deutsch- durch die Gründung eigener Tochter-
verbands Bitkom (www.bitkom.org). land im weltweiten Vergleich in der gesellschaften in Thailand und Ma-
„Für den Industriestandort Deutsch- Spitzengruppe, ein gutes Drittel laysia gestärkt. Ausdruck der Inter
land ist 5G eine Schlüsseltechnologie“, (36 %) verortet die Bundesrepublik im nationalität ist der gegenüber 2017
erläutert Bitkom-Präsident Achim Berg. Mittelfeld. Für ebenso viele rangiert um 1,1 Prozentpunkte weiter gestie-
„Sehr hohe Geschwindigkeiten und Deutschland unter den Nachzüglern. gene Exportanteil von 73 %.
6/2019 www.etz.de 9
UNTERNEHMEN & BRANCHEN
150 Jahre Afriso ZVEI: Elektroexporte legen im März 2019 um 6,7 % zu
Die Geschichte von Afriso (www.afriso. Nach Angaben des ZVEI (www.zvei. im März jeweils um 6,7 % gegenüber
de) beginnt 1869 in Schmiedefeld org) lagen die Exporte der deutschen dem Vorjahr auf 11,8 Mrd. € bzw. auf
(Thüringen) mit Adalbert Fritz, der im Elektroindustrie im März 2019 bei 6,6 Mrd. € erhöhten. Nach Kontinen-
Alter von 23 Jahren mit der Gründung 18,4 Mrd. € und damit noch um 6,7 % ten betrachtet gab es im Geschäft
eines „Unternehmens zum Bau von über dem Vorjahreswert. Die Importe mit Europa Zuwächse von 7,2 % (auf
Thermometern“ den Grundstein für elektrotechnischer und elektronischer 11,5 Mrd. €). Die Geschäfte mit Asien
ein heute weltweit tätiges Unterneh- Erzeugnisse nach Deutschland stiegen legten um 4,3 % zu (auf 4,2 Mrd. €)
men legt. Mit anfangs zwei Glasblä- im März um 8,4 % auf 15,9 Mrd. €. und mit Amerika um 9,3 % (auf
sern und einem Schreiber fertigt er Im gesamten ersten Quartal 2019 2,2 Mrd. €). Die Exporte in den Eu-
Glasthermometer, Aräometer, Labor konnten die aggregierten Branchen roraum stiegen im März um 8,8 % auf
glas- und später auch medizinische exporte nach Angaben des ZVEI um 5,8 Mrd. €.
Glasinstrumente für verschiedenste In- 5,8 % gegenüber dem Vorjahr auf Die meisten Elektroexporte gingen
dustriezweige in Europa und Amerika. 54,1 Mrd. € zulegen. „Damit haben auch im ersten Quartal dieses Jahres
1924 verändert eine kleine, dünn- sich die Exporte deutlich besser entwi- nach China (5,1 Mrd. €). Allerdings
wandige, kreisförmige, konzentrisch ckelt als Auftragseingang, Produktion fiel das Wachstum im Vergleich zum
gewellte Blechscheibe das Unternehmen und Umsatz – trotz Handelskonflikten Vorjahr mit + 0,9 % eher bescheiden
ganz entscheidend: Zwei Membran- und einer sich abkühlenden Welt aus. Im Gegensatz dazu legten die Aus-
halbschalen bilden eine Kapselfeder, wirtschaft“, sagte ZVEI-Chefvolkswirt fuhren in die USA im gleichen Zeit-
die sich druckabhängig entweder aus- Dr. Andreas Gontermann. Die Elektro raum zweistellig zu – um 12,7 % auf
dehnt oder zusammenzieht. Es ist die einfuhren kamen zwischen Januar und 4,7 Mrd. €. In das drittplatzierte Frank-
Geburtsstunde des Kapselfedermano- März auf 49 Mrd. € (+ 7,1% gegen- reich gingen Exporte im Wert von
meters. über dem Vorjahr). 3,3 Mrd. € (+ 6,3 %). Die Ausfuhren
Nach dem 2. Weltkrieg flüchtet die Weiter teilt der Branchenverband in die Niederlande und nach Groß
Familie Fritz mit ihrem Unternehmen mit, dass die Elektroausfuhren in die britannien beliefen sich auf jeweils
aus der thüringischen Heimat und lässt Industrie- und Schwellenländer sich 2,7 Mrd. € (+ 3,1 % bzw. + 3,4 %).
sich zunächst im bayerischen Eltmann/
Main nieder – doch einen besseren
Standort bieten Kleingartach und
Güglingen (Baden-Württemberg) und Neue Businessplattform fördert weltweite
Familie Fritz zieht abermals um. Unter
Georg Fritz bricht eine völlig neue Ära
Skaleneffekte für IoT-Lösungen
an: Aus Druckmessgeräten werden Schneider Electric gab zur Hannover für Nachhaltigkeit und Effizienz tei-
pneumatische Füllstandmessgeräte, Messe die Gründung von Schneider len. So wird die Zusammenarbeit und
überwiegend für Heizöl-Lagertanks, Electric Exchange (www.exchange.se.com) Interaktion zwischen verschiedenen
entwickelt. bekannt; es sei das weltweit erste bran- Ökosystemen ermöglicht. Während
Ab 1986 zieht sich G. Fritz im Alter chenübergreifende offene Ökosystem, alle Inhalte – IoT-Anwendungen, Soft-
von 64 Jahren zunehmend aus dem das sich der Lösung realer Nachhaltig- ware, Datensätze, Analysen und Tools
operativen Geschäft zurück und über- keits- und Effizienzprobleme widme. – für jedermann verfügbar sind, haben
gibt die Firmenleitung an seinen Sohn Durch Austausch und Kollaboration wir uns auf spezifische Fähigkeiten
Elmar. 1992 folgt der Firmeneintritt von betreiben vernetzte Communities Co- konzentriert, die den Bedürfnissen und
dessen Bruder Jürgen Fritz. Seither füh- Innovation. Die Akteure sind Anbieter, Erwartungen jeder Community ent-
ren beide das Unternehmen nunmehr Systemintegratoren, Start-ups, Entwick- sprechen“, erläutert Hervé Coureil,
in vierter Generation fort. G. Fritz ver- ler, OEM, Kunden und Distributoren. Chief Digital Officer von Schneider
stirbt 2004 im Alter von 82 Jahren. Die Businessplattform unterstützt Electric.
Seit 2012 investiert Afriso massiv in eine vielfältige Community bei der Ent- Als Vorzüge für alle Teilnehmer
die Digitalisierung von Heim, Hof wicklung und Skalierung von Geschäfts- werden die Erreichbarkeit eines größe-
und Handwerk, beispielsweise mit dem lösungen sowie der Erschließung neuer ren Kundenstamms in sonst schwer
multiprotokollfähigen Afriso-Smart- Marktpotenziale. Teilnehmer erhalten zugänglichen neuen Märkten, der Zu-
Home-System; mit dem modularen Zugang zu einem riesigen Pool von griff auf eine umfangreiche Bibliothek
„CAPBs“-Sonden-System sind viele technischen Tools und Ressourcen, von Ressourcen, wie API, Analysen
der bereits beim Handwerker vorhan- um digitale und IoT-Innovationen zu und Datensätzen zur Verbesserung di-
denen Afriso-Handmessgeräte ohne entwickeln, zu teilen und zu verkau- gitaler Angebote, sowie die Nutzung
Aufwand zu Multi-Mehrfachmessgerä- fen. „Was Schneider Electric Exchange digitaler Tools und von Fachwissen, um
ten hochrüstbar; und auch beim The- differenziert, ist die Tatsache, dass die Lösungen zu skalieren und die Markt-
ma „Luftreinhaltung“ prägt das Unter- Plattform Menschen aus verschiede- einführung zu beschleunigen, sowie die
nehmen die derzeitigen Entwicklungen nen Branchen und Praxisbereichen Kollaboration über eine leistungsstar-
erheblich mit. zusammenbringt, die eine Leidenschaft ke cloudbasierte Plattform genannt.
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6/2019 www.etz.de 11FERTIGUNGS- & MASCHINENAUTOMATION
Bild: adobestock_KC
Im Zuge der digitalen Transformation entwickeln sich die Technologien von Profibus&Profinet International (PI)
von einem bisher kommunikationsbezogenen hin zum informationsorientierten Portfolio
Digitale Transformation
lässt Profinet wachsen
Industrie 4.0 definiert die spezifischen Aspekte der digitalen Transformation
für die Produktion. Als führender Standard in allen Produktionsfeldern hat sich
Profinet weltweit etabliert. Die zunehmend konkreter werdenden Themen in
diesem Umfeld haben Profibus & Profinet International die Richtung vorgegeben,
in die seine Technologien – allem voran Profinet – zu entwickeln sind. Denn nur
eine zeitgemäße kontinuierliche Weiterentwicklung dieser Technologien garantiert
Unternehmen, die diese in ihre Produkte integrieren, einen langfristigen wirt-
schaftlichen Erfolg.
Text: Peter Wenzel
D as Maß für eine umfassende Realisierung von Industrie
4.0 hängt von der konsequenten Digitalisierung sowie
dem standardisierten horizontalen und vertikalen Daten-
mehreren Standorten des gleichen oder von unterschied
lichen Herstellern sowie flexible Produktion von individuali
sierten Produkten bis herunter zur Losgröße 1. Vor allem
bzw. Informationsaustausch ab. Basis hierfür bilden eine Letzteres erfordert den Einsatz neuer Produktionsmethoden
robuste echtzeitfähige Kommunikationstechnologie für sowie einen höheren Standardisierungsbedarf in Feldern, die
die Automatisierung und eine leistungsfähige sichere Kom- heute in einzelnen Unternehmen proprietär umgesetzt wur-
munikationsplattform für die Produktionssteuerung sowie den.
für den Datenaustausch mit der Cloud und anderen Das Resultat dieses veränderten Umfelds ist, dass die in-
IT-Diensten. Denn wesentliche Merkmale der Produktion dustrielle Kommunikation noch wesentlich wichtiger und
in Anlagen der Generation Industrie 4.0 sind verteilte dominanter sein wird, als es heute der Fall ist. Dies ist auch
und synchronisierte Produktion von Teilen eines Guts auf die Triebkraft für die neue strategische Ausrichtung der Ent-
12 www.etz.de 6/20195 - 7: Session/ KIT ENCODER
Presentation/
Application Layer Profinet services
(IO, alarms, records, etc.)
4: Transport Layer TCP
3: Network Layer IP
2: Data Link Layer Ethernet RT/IRT TSN
IEEE Ethernet PHY
1: Physical Layer
APL Frontend
01 Die Profinet-Architektur mit TSN und APL Frischer Wind
bei Motor-Feedback
Motor-Feedback für Servo- und
wicklung der Technologien von Profibus&Profinet International (PI) [1] von Schrittmotoren
einem bisher kommunikationsbezogenen hin zum informationsorientierten Port-
Encoder Lösungen für Kleinantriebe,
folio. Die Innovationen betreffen neben einer zielgerichteten Industrie-4.0-
Maschinen und Robotik
gerechten Fortentwicklung von Profinet aber auch IO-Link – im Wesentlichen
die Themen Semantik und Informationsmodelle unter Betrachtung der aktuellen Inkremental, Absolut, Singleturn und
Anforderungen bezüglich Security sowie neuen sich derzeit herausschälenden
Multiturn-Varianten
Geschäftsmodellen.
Basis für Profinet bilden nach wie vor die Ethernet-Standards der Normungs- Schnelle und einfache Montage
organisation IEEE [2], welche sich aktuell mit zwei besonders interessanten Pro-
jekten befasst. Zum einen wird mit TSN ein Echtzeit-Ethernet mit Eigenschaften Tolerant gegen mechanischen Versatz
entwickelt, die für die Nutzung in der industriellen Automatisierung prädestiniert
ist. Zum anderen wird für Anwendungen, die die Überwindung langer Distanzen Unempfindlich gegen Staub und
erfordert, ein neuer Physical Layer für 2-Draht-Leitungen entwickelt. Feuchtigkeit
TSN in Profinet integriert Hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit
Die Weiterentwicklung von Ethernet in der IEEE 802.1 bietet Echtzeitfunktionen
für alle Anwendungen der industriellen Automatisierung wobei ein hohes Maß
an Robustheit bei hoher Auslastung der Netze sowie die notwendige Determinis-
Energy Harvesting
tik für zeitkritische Anwendungen bis hin zum Motion Control gewahrt bleibt.
Die Arbeitskreise, die für Profinet verantwortlich sind, haben bei der Integration Impulsgenerator für Umdrehungszähler
von TSN in Profinet auf Parameter zurückgegriffen, welche in den relevanten
IEEE 802.1-Standards spezifiziert sind. Hier zählen insbesondere die Funktionen
Synchronisation mittels „802.1 ASrev“, TAS (time aware shaper, 802.1Qbv) und
Preemption (802.1Qbu). Da TSN lediglich einen Layer 2 für die Kommunikation
definiert, war es leicht TSN in das Applikationsprotokoll von Profinet zu inte
grieren. Eine wesentliche Erkenntnis der bisherigen Arbeiten war aber auch, dass
die einfache Konfiguration der TSN-Netzwerkparameter ausschlaggebend für die
Akzeptanz bei den Anwendern sein wird. Daher bevorzugt PI vor allem das
dezentrale Konfigurationsmodell der IEEE.
Fester Bestandteil der TSN-Strategie ist, dass Profinet in der Feldebene auch
mit unterlagertem TSN arbeiten kann. Die Anwendersicht bleibt dabei unverän-
dert, wozu insbesondere Zugang zu Daten, Diagnose aber auch Profile wie Profi-
safe, gehören. TSN bietet neben RT/IRT für Profinet einen zusätzlichen Layer- www.posital.de
2-Zugang zu einem konvergenten Ethernet-TSN-Netzwerk (Bild 1).
Bei der Integration von TSN in Profinet wurden zum einen diejenigen Teile
aus dem Portfolio der umfangreichen Features von TSN ausgewählt, die einen Sensor+Test 2019
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Halle 5 / Stand 341
6/2019 www.etz.de 13FERTIGUNGS- & MASCHINENAUTOMATION
optimalen Nutzen bringen. Zum an-
deren wurden skalierbare auf die jewei- Control System/
Cloud Applications
lige Anforderung zugeschnittene Ge-
rätefunktionen festgelegt.
Ebenso wichtig war es herauszu M/Gbps Ethernet
Redundant Ring
arbeiten, welche hardwarenahen Fea- (Optional)
tures TSN für die Unterstützung einer
entsprechenden langfristigen Entwick-
lungsplanung zur Verfügung stellen APL Power Switch
soll. Dies wird voraussichtlich mehr APL Spur
Zone 2/Div 2
Möglichkeiten für das Gerätedesign
Zone 0, 1/Div 1, 2
mit sich bringen. PI erwartet, dass in APL Trunk Redundant
naher Zukunft neue Standard-Ether- Ring
APL Trunk (Optional)
net-Bausteine mit TSN verfügbar sein
werden, was Profinet neben den
100 Mbit/s einen leichten Einstieg in APL Field Switch APL Field Switch
die Gbit/s-Klasse ermöglichen wird.
2-Leiter-Ethernet für Profinet
Während die IEEE mit TSN eine Rei- =
he von neuen Standards für Ethernet
ab Layer 2 bereitstellt, hat die IEEE
auch ein Projekt für einen neuen 02 Beispielarchitektur eines APL-Netzes
Ethernet-Layer-1-Standard gestartet.
Die heutigen Ethernet-Standards,
wie 100/1 000Base-T, erfüllen nicht
alle Anforderungen zur Anbindung der Prozesssensorik bzw. Horizontale M2M- und vertikale Kommunikation
-aktorik im Feld, zu denen insbesondere eine 2-Leiter-ba- Bezüglich der horizontalen Kommunikation zwischen ver-
sierte Kommunikation für größere Distanzen für bis zu schiedenen Steuerungen und der vertikalen zu übergeordne-
1 000 m Segmentlänge sowie eine Energieversorgung der ten Ebenen setzt PI auf OPC UA. Die Objektorientierung,
Sensorik bzw. Aktorik auf dem 2-Leiter-Anschluss parallel das einfache Browsen sowie integrierte Security-Mechanis-
zur Kommunikation gehören. men bei OPC UA ermöglichen den Anwendern die Anfor-
Die 802.3cg Task Force der IEEE hat das Ziel, einen derungen in dieser Ebene einfacher umzusetzen. Das funk-
Standard für eine Datenrate von 10 Mbit/s für Full-Duplex- tioniert sowohl bereits in den meisten Fällen schon auf Basis
Kommunikation über eine 2-Draht-Leitung zu entwickeln, des seit Jahren verfügbaren TCP/IP-Protokolls, das koexis-
der über dieselben Adern optional eine Energieversorgung tent in Profinet-Netzen betrieben werden kann, als auch
der angeschlossenen Endgeräte erlaubt (Power over Data durch den Einsatz neuer Mechanismen wie Pub/Sub und
Line). Auf Basis des IEEE-Standards haben Asic-Hersteller TSN.
die Entwicklung von Ethernet PHY für die Prozessindustrie Die Übergänge von Profinet zu OPC UA erfordern eine
gestartet. Standardisierung der Datenformate. Die Lösung dieser Auf-
Die Besonderheiten eines Explosionsschutzes, welche in gabe erfolgt im Rahmen der Kooperation von PI mit der
der Prozessautomatisierung in vielen Einsatzbereichen eine OPC Foundation mit dem Ziel der Erarbeitung einer OPC
Schlüsselrolle spielen, werden allerdings in der IEEE nicht UA Profinet Companion Specification. In dieser wird ein
berücksichtigt. Daher hat PI in Kooperation mit den beiden OPC UA Information Model zur Darstellung des standar-
Organisationen ODVA [3] und Fieldcomm Group [4] sowie disierten Objektmodells (Object Dictionary) von Profinet
mit elf Industriepartnern das Projekt Advanced Physical definiert (Bild 3).
Layer (APL) aufgesetzt, mit dem Ziel, eine Lösung für solche Dieses OPC-UA-Information-Modell soll es OPC-UA-
entsprechende Erweiterungen für IEEE 802.3cg unter Be- Diensten ermöglichen, herstellerunabhängig auf die Objek-
rücksichtigung der Anforderungen der Namur zu erarbeiten. te von Profinet-Geräten zuzugreifen. Der Zugriff kann über
Eine weitere wichtige Kernaufgabe des APL-Projektteams einen OPC-UA-Server erfolgen, der direkt in das Profinet-
ist es, die Voraussetzungen und Maßnahmen für Inter Gerät integriert ist, oder über einen OPC-UA-Server,
operabilität von APL-Komponenten zu definieren. Hierzu der Objektwörterbücher mehrerer Profinet-Geräte zusam-
gehört auch die Spezifikation einer eigensicheren Kommu- menfasst. Dies ermöglicht die Implementierung einer
nikation und eine Versorgung mit dazugehörigen Profilen, horizontalen Kommunikation zwischen Profinet-Geräten
sodass Industrial-Ethernet-Feldgeräte in explosionsgefähr- und OPC-UA-Geräten auf der Feldebene sowie die verti
deten Bereichen bis Zone 0 bzw. Class I/Division 1 einge- kale Kommunikation, die von Geräten in der Prozess-
setzt werden können, sowie die Festlegung von Kriterien oder Unternehmensebene initiiert wird. Im ersten Schritt
zur Bewertung der Konformität der Geräte zur Spezifika- wurden die Themen Asset Management und Diagnose be-
tion (Bild 2). arbeitet.
14 www.etz.de 6/2019Applikationsschicht, wie für ein Asset
Management Record. Damit diese
aber als Basis für einen maschinenver-
arbeitbaren Datenfluss über die ver-
schiedenen Systeme hinweg vom Sen-
sor bis zur Cloud genutzt werden
Machine Asset Information
können, müssen die heute bereits vor-
Administration Shell Cond. Monitoring handenen Daten mithilfe von seman-
Energy Mgmt. tischen Standards in eindeutig nutz
Pred. Maintenance bare Informationen gewandelt werden.
… Hierbei werden in Kooperation mit
"eCl@ss" e. V. die in den Spezifikati-
onsdokumenten von PI definierten
eCl@ss Parameter um Semantik-Identifier er-
03 Modellierung von Profinet-Objekten mit OPC UA und „eCl@ss“ weitert. Im ersten Schritt ermittelt die
hierfür gegründete Joint Working
Group die relevanten Parameter des
PA Profils 4.0, um ihnen anschließend
Bisher ist die fehlersichere Kommunikation über einen Semantik-Identifier zuzuordnen. Das Ergebnis wird in einer
Feldbus oder Industrial Ethernet auf reine Master-Slave- Mapping Table festgehalten, die beide Organisationen
bzw. Controller-Device-Architekturen begrenzt. Da sich PI nutzen können. Von Seiten der "eCl@ss" e. V. werden die
für Verbindungen zwischen Steuerungen in Profinet-Netzen in der Kooperation bearbeiteten Geräte-Para meter als
für OPC UA entschieden hat, bot es sich an, die Mechanis- Properties in das Produktbeschreibungssystem "eCl@ss"
men von Profisafe auch auf OPC UA auszuweiten. Hierzu aufgenommen und die benötigten Semantik-Identifier zur
haben die OPC Foundation und PI im Rahmen einer Ko- Verfügung gestellt. (no)
operation gemeinsam einen „Profisafe over OPC UA“-Stan-
dard für die Anwendung einer fehlersicheren Controller- Literatur
Controller-Kommunikation erstellt. [1] Profibus & Profinet International, Karlsruhe:
www.profibus.com
Standardisierte Klassifizierung von Parametern [2] IEEE, New York/New York: www.ieee.org
Die Realisierung einer digitalen Fabrik benötigt als Basis ein [3] ODVA, Ann Arbor/Michigan: www.odva.org
hohes Maß an firmen- und branchenübergreifend verfügba- [4] Fieldcomm Group, Austin/Texas: www fieldcommgroup.org
rer maschinell verarbeitbarer, standardisierter Informatio-
nen. PI ist bereits auf dem Weg, dafür die notwendige Basis Autor
zu schaffen. Im ersten Schritt erfolgte dies durch die Bereit- Dr. Peter Wenzel ist Geschäftsführer der Profibus
stellung von Geräte-Know-How, z. B. in Form von Parame- Nutzerorganisation e. V. in Karlsruhe.
tern in Geräteprofilen, und durch Festlegungen auf der peter.wenzel@profibus.com
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6/2019 www.etz.de 15
www.copadata.com/energyFERTIGUNGS- & MASCHINENAUTOMATION
01 Mit den einbaufertigen Anybus-Kommunikationsmodulen lässt sich TSN in Automatisierungsgeräten nachrüsten
TSN einfach Nachrüsten
Aktuell wird weitreichend über TSN (Time Sensitive Networking) als künftige
Basistechnologie für die Echtzeitkommunikation in der Automatisierungstechnik
diskutiert. Viele Nutzerorganisationen sowie zahlreiche Automatisierungstechnik-
hersteller haben ehrgeizige Zeitpläne für die Integration des TSN-Protokolls in die
jeweiligen Standards und Automatisierungsgeräte angekündigt. Gerätehersteller
stehen damit erneut vor der Herausforderung, die Kommunikationsschnittstelle
ihrer Automatisierungsgeräte an die neue Technologie anzupassen. Dabei gibt es
zwei Möglichkeiten: komplette Neuentwicklung oder der Einsatz einbaufertiger
Kommunikationsmodule, wie sie beispielsweise HMS anbietet.
Text: Thilo Döring
U rsprünglich wurde TSN für die Echtzeitübertragung von
Audio- und Videodaten in Ethernet-Netzwerken konzi-
piert. Schnell stellte sich heraus, dass TSN aufgrund seiner
Echtzeitkommunikation in industriellen Anwendungen, ge-
eignet ist.
guten Echtzeiteigenschaften auch für andere Anwendungs- TSN – ein Baukasten aus zehn Standards
bereiche, wie die schnelle Echtzeitkommunikation in Fahr- Die Echtzeiterweiterung TSN darf jedoch nicht als ein ein-
zeugen, dem Finanzwesen (Echtzeitkommunikation für die zelner Standard in Form einer Spezifikation verstanden wer-
Börse) oder der Multimediawelt (Verteilung von Audio- und den, die Ethernet echtzeitfähig macht. TSN ist vielmehr ein
Videosignale synchron über das Netzwerk) sowie für die Baukasten aus aktuell zehn Standards für einzelne Mecha-
16 www.etz.de 6/2019nismen und Funktionen. Die Standar- TSN-Subset verwendet TSN-Subset nicht verwendet
disierung in der IEE ist noch nicht bei Profinet bei Profinet
vollständig abgeschlossen und einige
Teile befinden sich zurzeit in der Spe- Interspersing
802.3br Express Traffic 802.1Qch 802.1Qca
zifikationsphase. Je nach Anwen- Time
Synchroni-
dungsbereich gilt es, ein Subset aus sation
802.1AS
den insgesamt zehn Einzelstandards zu Frame 802.1QCB
802.1Qbu Preemption
definieren, mit dem sich die gewünsch- Enhancements
te Funktionalität realisieren lässt. for Scheduled 802.1Qbv 802.1Qcc 802.1Qci
Traffic
TSN spezifiziert im Wesentlichen
Funktionen für die Ebene 2 (Data
Link Layer) des ISO/OSI-Schichten- 02 Je nach Anwendungsfall, wie bei Profinet über TSN, gilt es, ein Subset aus der
modells. Somit stellt es die Basisfunk umfangreichen TSN-Spezifikation zu bilden (Quelle: HMS, basierend auf dem aktuellen
ti
onen für die Echtzeitübertragung PI-Spezifikationsstand)
verschiedener Anwendungsprotokolle,
zum Beispiel IP, TCP, UDP, OPC UA
und MQTT, einschließlich industriel-
ler Anwendungsprotokolle, wie Profinet oder Ethernet/IP, wurden in IEC/IEEE 60802 „Time Sensitive Networking
bereit. Die TSN-Mechanismen alleine sind also noch keine Profile for Industrial Automation“ bereits begonnen.
Komplettlösung für den standardisierten Datenaustausch
zwischen Geräten verschiedener Hersteller. Erst im Zusam- Die TSN-Integration am Beispiel von Profinet
menspiel mit den passenden Anwendungsprotokollen ist die Profibus & Profinet International (PI) [1] hat die Bedeutung
Anwendung von TSN sinnvoll. von TSN als zukünftigem Echtzeit-Ethernet-Standard früh
Dank seiner guten Echtzeiteigenschaften ist TSN anlagen erkannt. Ähnlich wie bei der Migration von Profibus auf
weit sowohl in den IT-Netzwerken als auch in der Produk- Profinet verfolgt PI das Ziel, die neuen Möglichkeiten in das
tion (OT, Operational Technology) einsetzbar. TSN kann so Gesamtsystem zu integrieren, ohne die Anwendersicht auf
einen wichtigen Beitrag zur systemübergreifenden Kommu- das Netzwerk zu verändern. So arbeitet die Nutzerorganisa-
nikation, der sogenannten IT/OT-Integra tion leisten. tion derzeit an der Integration von TSN als Alternative zu
Damit stellt es eine wichtige Basistechnologie bei der Reali- den RT/IRT-Protokollen im Data Link Layer von Profinet.
sierung innovativer Automatisierungslösungen nach Indus- Dadurch kann Profinet die Vorteile von TSN nutzen, ohne
trie-4.0-Prinzipien dar. Weitere Vorteile von TSN sind die die Profinet-Kernfunktionen bei der Übertragung von Pro-
Robustheit auch bei hoher Netzwerklast, geringe Latenz zessdaten, Alarm- und Diagnosedaten zu verändern. Wie
zeiten bei der Kommunikation sowie gute Plug-and-work- erfolgreich dieser Ansatz ist, hat sich bei der Migration von
Eigenschaften. Die volle Leistungsfähigkeit spielt TSN erst Profibus auf Profinet gezeigt. Auch hier ist es PI gelungen,
in Gigabit-Ethernet-Netzwerken aus. die Sicht der Anwendungsprogramme auf das Netzwerk zu
erhalten, ohne auf die neuen Möglichkeiten der Ethernet-
Die TSN-Vorteile
für den Anwender
Für anspruchsvolle Anwendungen,
zum Beispiel in der Automobilproduk-
tion, bieten TSN-basierte Kommuni- 5 − 7: Session/Presentation/ Profinet Services
kationsnetzwerke unter anderem fol- Application (IO, Alarms, Records, etc.)
gende Vorteile:
· Ablösung von proprietären durch
standardisierte Lösungen, 4: Transport Layer UDP TCP
· Steigerung der Datenrate auf
1 Gbit/s oder höher,
· Etablierung einer netzwerkweiten 3: Netzwork Layer IP
Zeitsynchronisation,
· Netzwerkkoppler, zum Beispiel
Profinet/Profinet-Koppler, können
2: Data Link Layer RT IRT TSN
entfallen und
· Standard-TSN-Switches ersetzen
Spezial-Switches.
1: Physical Layer 100 Mbit/1 Gbit
Diese Vorteile kommen jedoch nur
dann zum Tragen, wenn es gelingt,
ein einheitliches Profil für TSN in 03 Profinet integriert TSN als Alternative zu den IRT-Funktionen in der Schicht 2 und
der Automatisierungstechnik zu defi- behält die Profinet-Kernfunktionen bei (Quelle: HMS, basierend auf dem aktuellen
nieren. Die Spezifikationsarbeiten dazu PI-Spezifikationsstand)
6/2019 www.etz.de 17FERTIGUNGS- & MASCHINENAUTOMATION
Kommunikation zu verzichten. Über
die Integration von TSN hinaus, arbei-
tet PI auch daran, die Funktionen Anybus-Compact- Applikation
von OPC UA für geeignete Anwen- Com
dungen wie HMI und die Controller-
Industrial-Ethernet-Netzwerk
to-Controller-Kommunikation in die Zyklische Zyklische
Standardisierte Hard- und
Anybus-Software-Treiber
Profinet-Spezifikation zu integrieren. Prozessdaten Prozessdaten
Softwareschnittstelle
(E/A) (E/A)
Ähnliche Ansätze bei der Integration
Anybus
von TSN verfolgen auch die jeweiligen
Nutzerorganisationen rund um Ether- Azyklische Azyklische Daten
Daten (Parameter, Alarme,
net/IP, Ethercat, Powerlink und Mod- Diagnose)
bus. IT-Funktionen
IT-Funktionen (Firmware-Updates,
Webservices)
Die Möglichkeiten
der TSN-Implementierung
= Klassische Master/Slave-Kommunikation = Messaging-Kanal für azyklische Daten + IT-Funktionen
Die vielversprechenden neuen Mög-
lichkeiten von TSN, OPC UA, 04 Anybus-Module haben eine standardisierte und busunabhängige Hard- und Software-
MQTT lassen sich jedoch erst dann schnittstelle zur Geräteelektronik
nutzen, wenn die neuen Protokolle
auch in der Kommunikationsschnitt-
stelle des Automatisierungsgeräts im-
plementiert wurden. Dabei ist die Implementierung der Anybus-Kommunikationsmodule von HMS [2] an. Bei den
komplexen Funktionen nicht trivial und erfordert Experten- Anybus-Modulen handelt es sich um einbaufertige Bus-
wissen. Während OPC UA und MQTT sich – sofern genü- schnittstellen für Automatisierungsgeräte. Sie beinhalten
gend Speicherplatz vorhanden ist – meist als Software- alle Hard- und Softwarefunktionen einer leistungsfähigen
Update realisieren lassen, ist im Fall der TSN-Integration ein Kommunikationsschnittstelle. Anybus-Module gibt es für
komplettes Hardware-Redesign der Kommunikations- alle gängigen Feldbus- und Industrial-Ethernet-Protokolle.
schnittstelle im Automatisierungsgerät erforderlich. Der Neue Module mit TSN-Integration befinden sich in der
Hauptgrund dafür liegt in den Synchronisations- und Entwicklung. Der Vorteil der Anybus-Module liegt in ihrer
Scheduling-Mechanismen von TSN, die ohne spezielle Austauschbarkeit. HMS erreicht dies durch ein vom jewei-
Hardwarelösungen (Protokoll-Chips) nicht realisiert werden ligen Busprotokoll unabhängiges, einheitliches Hard- und
können. Zudem nutzt TSN auch Gigabit-Ethernet, wäh- Software-Interface zwischen Modul und der Geräteelektro-
rend die heutigen industriellen Ethernet-Protokolle über- nik (Bild 4). In Automatisierungsgeräten mit einem Any-
wiegend auf 100-Mbit/s-Technologie basieren. Für einen bus-Steckplatz, lassen sich so neue Technologien wie TSN
Gerätehersteller ist der Übergang in die neue Kommunika- durch Tausch des Anybus-Moduls nachrüsten.
tionslandschaft entweder mit einem Hardware- und Soft- Die Anybus-Module sind sowohl mechanisch als auch
ware-Entwicklungsprojekt verbunden, oder er entscheidet hard- und softwareseitig standardisiert. Geräte mit Anybus-
sich für eine modulare Lösung auf Basis einbaufertiger Steckplatz können das ganze Spektrum der verfügbaren Mo-
Kommunikationsmodule. dule nutzen und dadurch mit fast allen industriellen Netz-
werken verbunden werden. Durch den Einsatz der
Einbaufertige TSN-Busmodule Anybus-Module verringert sich der Aufwand bei der Ent-
Als Alternative zur Eigenentwicklung einer TSN-fähigen wicklung einer universellen Kommunikationsschnittstelle
Kommunikationsschnittstelle bietet sich ein Einsatz der um bis zu 70 %. Darüber hinaus verringern sich Entwick-
Brick
Chip
Modul
05 Anybus-Kommunikations
Anybus module gibt es in den drei Form-
faktoren Modul, Brick und Chip
18 www.etz.de 6/2019lungszeit, Entwicklungsrisiko und die Time-to-Market wird Für die Zukunft gerüstet
verkürzt. Mittlerweile hat HMS mehr als 5 Mio. Anybus-Module
verkauft. Damit hat die Technologie einen hohen Reifegrad
Drei Formfaktoren erreicht. Parallel wird die Produktfamilie kontinuierlich
Anybus-Module gibt es in den drei Formfaktoren Modul, weiterentwickelt und an neue Anforderungen angepasst.
Brick und Chip (Bild 5). Gerätehersteller kommen am Module, die OPC UA und MQTT unterstützen, sind be-
schnellsten mit dem einbaufertigen, in sich gekapselten reits verfügbar. Module mit TSN-Integration werden –
Kommunikationsmodul zum Ziel. Beim Modul ist die kom- nachdem die Spezifikationsarbeiten in IEEE [3] sowie in
plette Hard- und Software der Kommunikationsschnittstel- PI, ODVA [4] und ETG [5] abgeschlossen sind – die Mo-
le einschließlich Netzwerkstecker in ein Kunststoffgehäuse dulfamilie zeitnah ergänzen. (ih)
integriert. Das Modul ist als Einschubmodul konzipiert, das
in den entsprechenden Steckplatz im Automatisierungsgerät Literatur
eingesteckt wird. Die Bricks lassen dem Entwickler mehr [1] Profibus & Profinet International, Karlsruhe:
Freiheitsgrade bei der Auswahl der Steckverbinder und der www.profibus.com
Positionierung der Kommunikationsschnittstelle. Hersteller, [2] HMS Industrial Networks GmbH, Karlsruhe:
die ihre Geräte in sehr hohen Stückzahlen fertigen und www.hms-networks.de
daher oft auf Modularität verzichten, können die Anybus- [3] Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE),
Technologie als Chip nebst Software-Stacks lizenzieren und New York/USA: www.ieee.org
so die Anybus-Kerntechnologie nahtlos in ihre Geräteelek [4] ODVA, Ann Arbor/USA: www.odva.org
tronik integrieren. Die HMS Solution Center realisieren [5] Ethercat Technology Group (ETG), Nürnberg: www.ethercat.org
auch individuelle Ausführungen nach Kundenanforderung
und die Experten aus dem Bereich „Technical Services“ un- Autor
terstützen die Hersteller auf Anfrage bei der Implementie- Thilo Döring ist Geschäftsführer der HMS Industrial Networks
rung der Anybus-Technologie. GmbH in Karlsruhe.
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01 Die Abfüllmaschinen von SIG Com-
Bild: SIG Combibloc
bibloc bestechen durch ihre Format-,
Volumen-, Produkt- und Dekorflexibilität –
dank Automatisierungstechnik von
Schneider Electric
Molkerei wird digital
Um seinen Abfüllmaschinen den Weg zur Smart Factory zu ebnen und sie in
puncto Flexibilität, Konnektivität und Produktivität fit für die Anforderungen der
Zukunft zu machen, hat SIG Combibloc Systems diese mit einer universellen
IIoT-Lösung ausgestattet. Grundlage hierfür ist ein Vernetzungs- und Datenauf-
bereitungskonzept für Bestandsmaschinen sowie Neuanlagen, welches optimale
OEE-Kennziffern und Reports unterstützt. Darüber lassen sich beliebige bereits
bestehende MES-Strukturen (Management Executive Systems) ankoppeln und
mithilfe standardisierter OPC-UA-Protokolle sicher bedienen. Die Basis hierfür
bildet die „EcoStruxure“-Architektur von Schneider Electric.
Text: Frank Nolte
M it „EcoStruxure Machine“ bietet Schneider Electric [1]
speziell auf Verpackungs- und Abfüllmaschinen zuge-
schnittene Automatisierungslösungen an. Diese sind inte
rem auf die Steuerungsgeneration Pacdrive3 von Schneider
Electric. Dabei können die Controller der neuesten Genera-
tion bis zu 130 Servo-Achsen synchronisieren. Die Kommu-
graler Bestandteil der offenen, IoT-fähigen „EcoStruxure“- nikation erfolgt durchgängig ethernetbasiert in Echtzeit mit
Architektur, die vernetzte Produkte, Edge Control sowie Sercos III – von der Maschinensteuerung über die Servo-
Software-Applikationen, Analysetools und Services in ei- Antriebstechnik bis in die IO-Feldebene und Sicherheits-
ner übergreifenden, ganzheitlichen Systemarchitektur ver- technik. Darüber hinaus steht ein zusätzlicher Kanal für die
bindet. Kommunikation über OPC UA zur Verfügung.
Für diesen Maschineneinsatz wurden weitreichende Dia-
Steuerungsgeneration mit Sicherheitstechnik gnosemöglichkeiten auch von Fremdgeräten an Sercos III
Seit mehr als 15 Jahren ist Schneider Electric der Standard- optimiert. „Diese Offenheit ist ein großer Vorteil gegenüber
ausrüster für die elektrischen Installationen sowie Automa- weiteren Anbietern in dem Bereich“, berichtet Dr. Daryoush
tionspartner für SIG Combibloc Systems [2] im Bereich Sangi, Head of Production Engineering & Strategic Partner-
Abfüll- und Downstreamlinien. Bei seinen neuesten Ma- ships bei SIG. Durch die integrierte Sicherheitstechnik,
schinen (Bild 1) setzt der Verpackungsspezialist unter ande- sichere Logik und zuverlässige Servotechnik ist SIG in der
20 www.etz.de 6/201902 Die lüfterlosen Industrie-PC bieten über 240
Treiber für verschiedene Kommunikationsprotokolle 03 Reinholt Schlechter (links) im Gespräch mit etz-Redakteur Frank Nolte
Lage, komplett neue Maschinenkonzepte zu realisieren. So Vertrauensprobleme erfordern neue Lösungen. Diese liefert
verschafft beispielsweise das Fahren mit offenen Schutztüren die digitale Molkerei von SIG dank End-to-End-Monito-
durch sicher reduzierte Geschwindigkeit dem Betreiber neue ring und Rückverfolgbarkeit. „Die ganzheitliche Vernetzung
Möglichkeiten bei maximaler Maschinensicherheit. und Digitalisierung bietet SIG die Chance, die Transparenz
sowie die Rückverfolgbarkeit in der gesamten Lieferkette
Digitalisierung bestehender Anlagen weiter zu optimieren – vom Empfang der Rohmilch über die
Zentraler Bestandteil des Vernetzungskonzepts ist die Green Vorbehandlung und Verarbeitung bis hin zur Verpackung
Box (Bild 2), ein lüfterloser Industrie-PC mit umfangrei- und Logistik. Sie öffnet SIG auch den Weg zu neuen Ge-
chen installierten Softwarepaketen. Die universelle und er- schäftsmodellen, wie den Verkauf von Abfüllprozessen, statt
weiterbare IIoT-Lösung für Verpackungsmaschinen erlaubt der Abfüllmaschinen“, so R. Schlechter. Bewährt haben sich
es unterschiedlichste Maschinen anzubinden, Datenauf dabei Softwarelösungen für „Smart/Safe Food“ mit End-to-
bereitung über Templates zu integrieren und verschiedenste End Traceability. Dazu zählen Serialization & Label Assu-
Spezifikationen von Leitsystemen und MES-Schnittstellen rance, Product Information Management (PIM) und Clean-
zu bedienen. Da die Green Box über 240 Treiber für unter- In-Place (CIP). Diese unterstützen gängige Verfahren in der
schiedliche Kommunikationsprotokolle bietet, lassen sich Nahrungs- und Getränkeindustrie und gewährleisten dabei
sowohl alte Bestandsmaschinen als auch neue Anlagen und Lebensmittelsicherheit sowie eine lückenlose Dokumenta
Steuerungen herstellerunabhängig an das gewünschte Sys- tion und Rückverfolgbarkeit von Produkten über den kom-
tem anschließen. So wird ein über die Jahre gewachsener pletten Produktions- und Logistikprozess hinweg.
Maschinenpark fit für Industrie 4.0. Die Vorteile für den
Endkunden: maximales Wachstum durch die flexible Anpas- Zukunftssicheres Vernetzungskonzept
sung des Produktportfolios, Kostenreduzierung durch Pro- Mit Schneider Electric als strategischem Partner erhofft sich
duktionsstätten-übergreifende Standardisierung, Unabhän- SIG weitere Vorteile bei zukünftigen Entwicklungen und
gigkeit von der Architektur eines Automatisierers. Branchentrends. Zukunftssicherheit gewährleistet die Green
Das besondere an dem Konzept ist für Reinholt Schlech- Box, auf der innovative Softwarepakete, wie der Augmented
ter (Bild 3), OEM Segment Manager Material Handling & Reality Advisor oder der Machine Advisor, installiert und
Packaging von Schneider Electric, dass man damit auch be- genutzt werden können, beispielsweise für Predictive Main-
stehende Anlagen ohne großen Aufwand digitalisieren kann: tenance oder Teleservice. Hinzu kommen vorbereitete Bib-
„Bei Brownfield-Anlagen haben wir oft sogar unterschiedliche liotheken mit Bausteinen und Anzeigeelementen, die die
Generationen von Steuerungstypen im Einsatz. Zudem Anwendung erheblich vereinfachen. Eine Einbindung in die
lassen sich SPS ohne Ethernet-Schnittstelle nicht so einfach Cloud ist optional jederzeit möglich. AR-Applikationen bie-
an OPC UA anbinden. Die Green Box bietet dazu, zusam- ten hohe Transparenz und Akzeptanz der Maschinenbedie-
men mit der Softwareplattform von Wonderware, die ent- nung, Einrichtung und Wartung der Maschinen. Erklärende
sprechende Möglichkeit.“ Von Vorteil ist auch, dass der In- Videos mit hinterlegten Dokumentationen werden ver-
dustrie-PC so kompakt und robust ist, dass man ihn auch knüpft mit einer einzigartigen Animation und Bilderken-
nachträglich noch in den meisten Schaltschränken installie- nung. (no)
ren kann, um das Vernetzungskonzept aufzubauen.
Literatur
Lückenlose Dokumentation und Rückverfolgbarkeit [1] Schneider Electric GmbH, Ratingen:
Steigende Anforderungen an die Lebensmittelsicherheit, zu- www.schneider-electric.de
nehmender Transparenzbedarf seitens der Verbraucher und [2] SIG Combibloc Systems GmbH, Linnich: www.sig.biz
6/2019 www.etz.de 21Sie können auch lesen
