FUTURE MANUFACTURING - Automatisierung Qualitätssicherung - Magazin für intelligente Produktion - VDMA Verlag
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FUTURE MANUFACTURING Magazin für intelligente Produktion Automatisierung Qualitätssicherung www.future-manufacturing.eu 2019/03
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Datenmenge explodiert
Zahlen, Daten, Fakten
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Bild: designtes
Mit einer enormen Erhöhung der Datenmenge wird nach der Einführung des
Mobilfunkstandards 5G, dessen Deutschland-Start im Lauf der zweiten Jahreshälfte
erwartet wird, gerechnet. Dafür ist eine Vielzahl von Sendemasten notwendig, die
den Ausbau der Infrastruktur mit Edge-Datencentern erforderlich macht.
Anwender werden 2020 täglich 1,5 Gigabyte Daten erzeugen. Vor allem
das Datenvolumen, das in Unternehmen erzeugt wird, steigt rasant an.
30 Prozent der Daten in Echtzeit verarbeitet werden.
Zwar hat sich die Energieeffizienz neuer Rechenzentren in den vergangenen zehn
Jahren um 60 Prozent verbessert, dennoch steigt der Energiebedarf, weil die IT-Kapazitäten
ausgebaut werden. 2017 benötigten die in Deutschland betriebenen Server 4,7 Milliarden
Kilowattstunden. Auf Kühlung und USV entfielen 5,3 Milliarden Kilowattstunden.
Nordische Länder profitieren beim Kostensparen vom Standortvorteil.
Editorial
Neue Ära mit Time Sensitive Networking
Ethernet TSN (Time Sensitive Networking) entwickelt sich als wesentlicher
Schritt zur Abkehr von proprietären Kommunikationsprotokollen in der
Automatisierungstechnik, bis hinunter auf die Feldebene und für anspruchs-
volle Applikationen, auch im Maschinenbau.
TSN wird international durch eine IEEE-Arbeitsgruppe (innerhalb IEEE 802.1)
standardisiert. Dabei sind Echtzeit und Synchronisation von Steuerungen,
Antrieben oder IOs mit einer Genauigkeit von unter einer Mikrosekunde bei
typischen Roundtripzeiten heutiger Echtzeitfeldbusse erreichbar. Mit TSN
steht ein vereinheitlichter Werkzeugkasten für unterschiedliche Probleme
Jürgen Siefert in der Echtzeitkommunikation bereit.
Stellvertretender Vorsitzender
VDMA Elektrische Automation
Das Funktionsspektrum von TSN erlaubt einen Einsatz in vielen Anwen-
dungsfeldern mit unterschiedlichen Anforderungen an Übertragungslatenz
(Verzögerung), Jitter (Laufzeitvarianz von Datenpaketen) und Ausfallsicher-
heit. In Verbindung mit OPC UA (Open Platform Communications Unified
Architecture) gehen Experten davon aus, dass TSN nun weitere klassische
Feldbus-Funktionen übernehmen wird. Viele Teile der bekannten Automa-
tisierungspyramide mit Transport sowie Beschreibung der Daten werden
vereinheitlicht.
Die häufig vorgebrachte Hoffnung aus dem Bereich des Maschinen- und
Anlagenbaus ist es, dass damit auch die Notwendigkeit zur Unterstützung
verschiedener Feldbusse eingedämmt werden kann. Durch die Nutzung des
herstellerunabhängigen Standards TSN-Ethernet und durch die branchen-
übergreifende Bedeutung wird mit einer raschen Zunahme anwendungs-
gerechter Lösungen gerechnet.
Jürgen Siefert
Inhalt
Editorial 4 Sensibel
Automatisierung
Modulares Konzept 6 wenn’s darauf
ermöglicht die einfache Migration
HMS Industrial Networks: Eine neue Basistechnologie
für Echtzeitkommunikation
ankommt!
Wer zu lange wartet, verpasst den Anschluss 8
Bosch Rexroth: Erfahrungen mit den neuen Technologien sammeln
Ein wichtiger Baustein für Industrie 4.0 10
Renesas Electronics: Grenzen proprietärer Lösungen überwinden
Neue Möglichkeiten 14
der Ethernet-Kommunikation
Phoenix Contact: Migrationsstrategie gesucht
Heterogene Kommunikation in Echtzeit 16
Beckhoff Automation: Verzögerungszeiten werden minimiert
Ein gemeinsamer Standard zur Kommunikation 18
über die Grenzen von Herstellersystemen hinweg
Rockwell Automation: Entwicklung und Nutzung offener Standards
Neues aus der Industrie 20
Qualitätssicherung
Automatisierung verbessert Materialprüfung 22
Zwick Roell: Automatisierte Prüfung von Werkstoffen
Eine neue Kategorie von Bildverarbeitung 24
wälzt die Qualitätssicherung um
Inspekto: Eigenständige Anpassung an die Gegebenheiten
Automatisierte Fertigung stellt 26
hohe Anforderungen an Hohlprofile
Tata Steel Europe: Materialeigenschaften und Formstabilität Der Motoman HC10 ist ein hybrider
Roboter – sensibel im kollaborativen
Wittenstein überwacht Messraumtemperatur 28
Zeiss Industrielle Messtechnik: Neue Fertigungsprozesse
Betrieb mit Menschen und ein voll-
kontrollieren wertiger Industrieroboter, wenn ge-
wünscht. Ein Roboter für alle Fälle –
Herausforderungen bei der 3D-Steckerinspektion 30 wie praktisch.
mit Lasertriangulationssensoren
EVT Eye Vision Technology: Kriterien für die Fehlersuche
Kameratechnik behält den Überblick 32
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FUTURE MANUFACTURING
Modulares Konzept
ermöglicht die einfache Migration
MICHAEL VOLZ
Time Sensitive Networking (TSN) gemäß IEE 802.1 wird zukünftig als neue Basistechnologie
für die Echtzeitkommunikation eine wichtige Rolle in der Automatisierungstechnik spielen.
Alle führenden Feldbusorganisationen sowie zahlreiche Automatisierungshersteller haben
ehrgeizige Zeitpläne für die Integration des TSN-Protokolls in die jeweiligen Standards und
Automatisierungsgeräte angekündigt.
Bilder: HMS
zeiteigenschaften sich auch sehr gut für andere Anwendungsbe-
reiche wie die schnelle Echtzeitkommunikation in Fahrzeugen,
dem Fi-nanzwesen (Börse) oder der Multimediawelt (Verteilung
von Audio und Video synchron über das Netzwerk) sowie für die
Echtzeitkommunikation in industriellen Anwendungen eignet.
Die Echtzeiterweiterung TSN darf man nicht als einen ein-
zelnen Standard in Form einer Spezifikation verstehen, welche
Ethernet echtzeitfähig macht. Vielmehr ist TSN ein Baukasten
aus aktuell zehn Standards für einzelne Mechanismen und Funk-
tionen. Die Standardisierung in der IEE ist noch nicht vollständig
abgeschlossen und einige Teile befinden sich noch in der Spezi-
fikationsphase.
Je nach Anwendungsbereich gilt es, ein Subset aus den Ein-
zelstandards zu definieren, mit dem sich die gewünschte Funk-
tionalität realisieren lässt. TSN spezifiziert im Wesentlichen
Funktionen für die Ebene 2 (Data Link Layer) des ISO/OSI-
Schichtenmodells und bildet somit die Basisfunktionen für die
Echtzeitübertragung verschiedener Anwendungsprotokolle wie
IP, TCP, UDP, OPC UA, MQTT einschließlich industrieller Anwen-
dungsprotokolle wie Profinet oder Ethernet/IP. Die TSN-Mecha-
nismen alleine sind also noch keine Komplettlösung für den
standardisierten Datenaustausch zwischen Geräten verschiede-
ner Hersteller. Erst im Zusammenspeil mit den passenden An-
wendungsprotokollen ist die Anwendung sinnvoll.
Mit einbaufertigen Anybus-Kommunikationsmodulen lässt sich TSN
in Automatisierungsgeräten nachrüsten. Brücke zwischen IT und OT
G
erätehersteller stehen damit erneut vor der Herausforde- Dank seiner guten Echtzeiteigenschaften kann TSN anlagenweit
rung, die Kommunikationsschnittstelle ihrer Automati- – sowohl in den IT-Netzwerken als auch in der Produktion (Ope-
sierungsgeräte an die neue Technologie anzupassen. rational Technology, OT) eingesetzt werden. TSN kann so einen
Dabei gibt es zwei Möglichkeiten: komplette Neuentwicklung wichtigen Beitrag zur systemübergreifenden Kommunikation,
oder Einsatz einbaufertiger Kommunikationsmodule. der so genannten IT/OT-Integration leisten, und ist somit eine
TSN wurde ursprünglich für die Echtzeit-Übertragung von wichtige Basistechnologie bei der Realisierung innovativer Auto-
Audio und Video-Daten in Ethernet-Netzwerken konzipiert. matisierungslösungen nach Industrie-4.0-Prinzipien. Weitere Vor-
Schnell wurde jedoch klar, dass TSN aufgrund seiner guten Echt- teile sind die Robustheit auch bei hoher Netzwerklast, geringe
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FUTURE MANUFACTURING
geklügelten Synchronisations- und Scheduling-Mechanismen,
die ohne spezielle Hardware-Lösungen (Protokollchips) nicht rea-
5-7: Session / lisiert werden können.
PROFINET services
Presentation / Zudem nutzt TSN auch Gigabit-Ethernet, während die heuti-
(IO, alarms, records, etc.)
Application
gen industriellen Ethernet-Protokolle überwiegend auf 100-Mbit-
Technologie beruhen. Für einen Gerätehersteller ist der Über-
gang in die neue Kommunikationslandschaft entweder mit
4: Transport layer UDP TCP einem aufwändigen Hardware- und Software-Entwicklungs-
projekt verbunden, oder er entscheidet sich für eine modulare
Lösung auf Basis einbaufertiger Kommunikationsmodule.
3: Network layer IP
Als Alternative zur Eigenentwicklung einer TSN-fähigen
Kommunikationsschnittstelle bietet sich ein Einsatz der Anybus-
2: Data link layer RT IRT TSN Kommunikationsmodule von HMS an. Die Module sind einbau-
fertige Bus-Schnittstellen für Automatisierungsgeräte. Sie ent-
1: Physical layer 100 Mbit / 1 Gbit
halten alle Hard- und Software-Funktionen einer leistungsfähigen
Kommunikationsschnittstelle. Es gibt sie für alle gängigen Feld-
Profinet integriert TSN als Alternative zu den IRT-Funktionen bus- und Industrial-Ethernet-Protokolle. Neue Module mit TSN-
in der Schicht 2 und behält die Kernfunktionen bei. Integration sind bereits in Entwicklung. l
Michael Volz
Latenzzeiten bei der Kommunikation sowie gute Plug&Work- Unternehmensberater und Senior Advisor
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Eigenschaften. Die volle Leistungsfähigkeit spielt die Technologie
erst in Gigabit-Ethernet-Netzwerken aus.
In der Profibus-Nutzerorganisation (PNO) hat man die Bedeu-
tung von TSN als zukünftigem Echtzeit-Ethernet-Standard früh
erkannt. Ähnlich wie bei der Migration von Profibus zu Profinet
verfolgt die PNO das Ziel, die neuen Möglichkeiten in das Gesamt-
system zu integrieren, ohne die Anwendersicht auf das Netzwerk
zu verändern. KABEL
So arbeitet die PNO derzeit an der Integration von TSN als
Alternative zu den RT/IRT-Protokollen im Data Link Layer von Pro-
nach Maß.
finet. Profinet kann so die Vorteile von TSN nutzen, ohne die
Kernfunktionen bei der Übertragung von Prozessdaten, Alarm-
und Diagnosedaten zu verändern. Wie erfolgreich dieser Ansatz
ist, hat sich bei der Migration von Profibus zu Profinet gezeigt, wo
es der PNO ebenfalls gelungen ist, die Sicht der Anwendungspro-
gramme auf das Netzwerk zu erhalten, ohne auf die neuen Mög-
lichkeiten der Ethernet-Kommunikation zu verzichten.
Über die Integration von TSN hinaus arbeitet die PNO auch
daran, die Funktionen von OPC UA für geeignete Anwendungen
wie HMI und die Controller-Controller-Kommunikation in die
Profinet-Spezifikation zu integrieren. Ähnliche Ansätze bei der
Integration verfolgen auch die Indus-trieverbände für Ethernet/ Spezialkabel für den Maschinen- und Anlagenbau
IP, Ethercat, Powerlink und Modbus. E&E Kabeltechnik entwickelt, fertigt und liefert seit Jahrzehnten
Die vielversprechenden neuen Möglichkeiten von TSN, OPC UA bedarfsgerechte Spezialkabel für den modernen Maschinen- und
Anlagenbau.
und dem IoT-Protokoll MQTT lassen sich jedoch erst dann nutzen,
wenn die neuen Protokolle auch in der Kommunikationsschnitt- • Motor-Anschlusskabel Wir stellen aus:
• Steuer- und Messkabel
stelle des Automatisierungsgerätes implementiert wurden. Die
• Langlebige Schleppkettenkabel
Implementierung der komplexen Funktionen ist nicht trivial und • UL/CSA-approbiert Halle 2 Stand 368
erfordert fundiertes Expertenwissen.
Und das seit mehr als 60 Jahren.
Während OPC UA und MQTT sich – sofern genügend Speicher-
platz vorhanden ist – meist als Software-Update realisieren las-
sen, ist im Fall der TSN-Integration ein komplettes Hardware-
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rungsgerät erforderlich. Der Hauptgrund dafür liegt in den aus-
7
FUTURE MANUFACTURING
Wer zu lange wartet, verpasst den Anschluss
HANS-MICHAEL KRAUSE
Bei der digitalen Transformation der Fabriken und Unternehmen ist alles im Fluss: Protokolle,
Übertragungswege, künstliche Intelligenz und Security. Sollten Unternehmen da nicht besser
erst einmal abwarten, um dann in einigen Jahren „bewährte“ Lösungen auf einen Schlag
einzuführen? Auf keinen Fall, warnt Bosch Rexroth, denn wer zu lange wartet, verpasst den
Anschluss.
als übergreifenden Standard unterstüt-
Foto: Bosch Rexroth
zen. Bosch Rexroth hat sich von Beginn an
im TSN Testbed des Industrial Internet
Consortiums engagiert und arbeitet in-
tensiv an der Spezifizierung und Weiter-
entwicklung der Echtzeiterweiterung Time
Sensitive Network (TSN) mit. Diese ist
weit vorangeschritten und wird den voll-
wertigen Einsatz dieses Standards in der
Fabrikautomation ermöglichen.
Aktuelle SPS-, Motion Control- und CNC-
Lösungen von Rexroth unterstützen OPC
UA serienmäßig und stellen damit bereits
jetzt ohne zusätzliche Schnittstellenpro-
grammierung eine Vielzahl von Daten für
die Auswertung bereit.
5G, KI und IoT-Gateways
Der nächste große Schritt auf dem Weg
Alle Maschinen und Anlagen werden untereinander und mit übergeordneten Systemen zur Fabrik der Zukunft wird die Einführung
drahtlos über 5G kommunizieren. Der gesamte Wertstrom wird digitalisiert sein. des Mobilfunkstandards 5G sein. Mit der
zehnfachen Übertragungsrate, erheblich
J
etzt ist der richtige Zeitpunkt, Erfah- weitgehend mobil, um sie bedarfsgerecht verbessertem Echtzeitverhalten und einer
rungen mit den neuen Technologien schnell zu neuen Linien zusammenzustel- sehr hohen Robustheit ermöglicht er den
zu sammeln und die installierte Basis len. Damit können Hersteller flexibel und drahtlosen Datenaustausch selbst inner-
schrittweise einzubinden. Zumal viele die- wirtschaftlich kleine Stückzahlen bis zur halb von Fabriken. Auch wenn der Ausbau
ser Technologien bereits in Serie zur Ver- Losgröße 1 abbilden und die Serienferti- erst beginnt, so arbeitet Bosch Rexroth
fügung stehen, ihre Potenziale jedoch in gung schnell skalieren. schon jetzt mit Netzwerkausrüstern wie
der Praxis oft noch nicht ausgeschöpft Die Grundbedingungen dafür sind an Nokia an der Integration von 5G in der Auto-
werden. wichtigen Stellen bereits geschaffen. Zum matisierung zusammen. Bosch Rexroth wird
Am Ende steht die voll vernetzte Fabrik Beispiel in Bezug auf Standards, einer noch in diesem Jahr Use Cases vorstellen,
der Zukunft. Alle Maschinen und Anlagen zwingenden Notwendigkeit, wenn Maschi- die zeigen, welches Po-tenzial in 5G liegt.
werden untereinander und mit überge- nen, Steuerungen, intelligente Antriebe und Parallel wird künstliche Intelligenz Ein-
ordneten Systemen drahtlos über 5G IT-Systeme miteinander kommunizieren zug in die Fabrikautomation halten. Sie
kommunizieren. Der gesamte Wertstrom sollen. Hier etabliert sich OPC UA als welt- wird Muster für die Optimierung von
ist digitalisiert und wird virtuell von über- weiter Standard für die Fabrikautomation Potenzialen in der Fertigung automatisch
geordneten Systemen on Edge, in der Fab- und das Internet der Dinge (IoT). 2018 erkennen und umsetzen.
rik, und in der Cloud überwacht und opti- haben sich alle namhaften Steuerungs- Bosch Rexroth sieht aus eigener Erfah-
miert. Die Maschinen und Module sind hersteller darauf geeinigt, dass sie OPC UA rung, in den 270 Bosch-Werken und bei
8
FUTURE MANUFACTURING
zahlreichen Endanwendern, wie sinnvoll Kombination mit modular erweiterbaren heitsupdates installieren, ohne dass dafür
es ist, diese neuen Technologien bei Neu- MES-Systemen die Lernkurven schritt- Spezialisten vor Ort sein müssen. Firewalls
anschaffungen einzusetzen und daran zu weise. Cloud-Anwendungen werden zu- und Netzwerksegmentierung sorgen für
lernen. Die vor- und nachgelagerten, be- sätzlich Planungsaufgaben sowie Verglei- einen kontrollierten Zugriff auf Netzwerk-
reits installierten Maschinen können oft che innerhalb von Produktionsnetzwerken zonen und schützen vor Viren. Eine wei-
mit relativ geringem Aufwand mit Lösun- übernehmen und die Verbindung zur Un- tere Maßnahme umfasst die verschlüs-
gen wie der IoT-Gateway-Software ver- ternehmenssoftware schließen. selte VPN-Kommunikation, beispielsweise
netzt und schrittweise ausgebaut werden. mit mobilen Endgeräten für die Diagnose
Dieser Brownfield-Ansatz (für bestehende Security zuerst und Wartung von Maschinen.
Anlagen) schützt die Investitionen und Die aktuelle Automationstechnik stellt
macht den Maschinenpark gleichzeitig fit Vernetzung und Security gehören un- bereits viel mehr Funktionen für die digi-
für die Zukunft. trennbar zusammen. Der Schutz der eige- tale Transformation bereit, als viele Ma-
nen Daten und ihrer Integrität sowie wirk- schinenhersteller und Endanwender an-
Edge oder Cloud? same Mechanismen gegen Cyber-Angriffe nehmen. Die gute Nachricht: Diese Funk-
müssen immer höchste Priorität haben. tionen lassen sich oft ohne großen Mehr-
Ein weiterer Trend ist die Datenauswer- Hier geht es um verschiedene Maßnah- aufwand praktisch nutzen. Damit können
tung und Produktionssteuerung vor Ort, men, die schon bei der Hardware begin- in der Produktion wichtige Eckpfeiler für
on Edge oder on Premise. Hier stehen nen: Bosch Rexroth setzt in der Steue- die Fabrik der Zukunft errichtet werden. l
große Datenraten für den Datenaustausch rungshardware TPM2.0-Module ein und
zur Verfügung, und die Regelkreise bei der stellt zentrale Software-Lösungen für die Hans-Michael Krause
Einführung sind schnell. Der Aufbau von Verwaltung aller angeschlossenen IoT- Leiter Markt- und Produktmanagement PLC
und IoT-Systeme
dezentralen Kommunikationsplattformen Geräte eines Netzwerks bereit. Damit kön-
Bosch Rexroth AG
für die einzelnen Linien beschleunigt in nen Anwender weltweit zeitgleich Sicher-
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FUTURE MANUFACTURING
Ein wichtiger Baustein für Industrie 4.0
ARNO STOCK
Time Sensitive Networking (TSN) hat sich fest im Vokabular der Automatisierungsbranche
etabliert. Hersteller, Konsortien und TSN-Testbeds stellen bereits Demonstratoren aus, die
konkrete Anwendungen dieser Technologie mit heute schon verfügbaren Komponenten zeigen.
Bilder: Renesas
Horizontale und vertikale Standards.
E
ine Profinet PLC mit IO-Link-Master- Doch im Portfolio der Automatisierer anderweitige Anpassungen notwendig sind
Anbindung über TSN basierend auf sind TSN-basierende Lösungen noch nicht (horizontale Kommunikation). Als Beispiel
einem aktuellen Chip demonstriert wirklich angekommen. Der Grund liegt in können Maschinen unterschiedlicher Her-
beispielsweise die Renesas Electronics der momentanen Diskrepanz zwischen den steller flexibel zu Produktionsstraßen kom-
Corp. Je nach den zu erfüllenden Anforde- eigentlichen Zielen der TSN-Einführung und biniert oder zwischen verschiedenen Be-
rungen ist die Umsetzung solcher Lösun- dem momentan erreichten Stand. reichen ausgetauscht werden, ohne auf
gen auf Grundlage verfügbarer Hardware die untereinander inkompatiblen Kommu-
relativ einfach. Die Ziele nikationsstandards Rücksicht nehmen zu
So lassen sich Netzwerkprotokolle wie müssen. Außerdem lässt sich die vollstän-
Profinet oder Ethernet/IP lediglich durch TSN ist ein wichtiger Baustein zur Erfül- dige Durchgängigkeit des Informations-
Erweiterung des Ethernet Layer 2 und lung der für Industrie 4.0 gesetzten Ziele. flusses in vertikaler Richtung realisieren –
ohne Eingriffe in die höheren Protokoll- Die Technologie hat das Potenzial, die „Sensor to the Cloud“, wodurch neue
schichten TSN-fähig machen. Hier stellt Grenzen, die zwischen den proprietären Geschäftsmodelle möglich werden.
die zeitgesteuerte Übertragung („Sche- Echtzeitlösungen bestehen, durch einen Ein weiteres Ziel ist die Standardisie-
duled Traffic“) die gängige Methode dar, Standard aufzuheben. Damit wird der Da- rung der Automatisierungsgeräte und ihrer
weil dieser Mechanismus schon hinrei- tenaustausch innerhalb einzelner Bestand- Bestandteile, wodurch sich die Kosten für
chend in der Industrieautomatisierung teile einer Produktionsstätte einfacher und Entwicklung, Herstellung und Ersatzteil-
erprobt und verbreitet ist. Bekannte Sys- transparenter. bevorratung sowie in der Wartung der
teme wie EtherCAT, Profinet IRT oder Verschiedene Bereiche der Anlage kön- Produktionsstätte senken lassen. Fachper-
SERCOS III setzen dieses Verfahren, das im nen über eine einheitliche Netzwerkinfra- sonal in Konstruktion und Instandhaltung
Zuge von TSN verallgemeinert wurde, seit struktur direkt miteinander Informationen wird flexibler einsetzbar, Lagerhaltung für
Jahren erfolgreich ein. austauschen, ohne dass Gateways oder Ersatzteile beschränkt sich künftig auf
10FUTURE MANUFACTURING
Vertikale Kommunikation
„Vom Sensor in die Cloud“
Horizontale Kommunikation
„Maschine zu Maschine“ oder
„Controller zu Controller“
Automatisierungspyramide und Durchgängigkeit.
einen Gerätetyp, und vereinheitlichte Die heutzutage verfügbaren echtzeit- Übereinkunft würden verschiedene Ge-
Hardware-komponenten werden in den fähigen Netzwerke sind überwiegend räte, die die TSN-Mechanismen unter-
daraus folgenden höheren Stückzahlen weder koexistent noch kompatibel zuein- schiedlich anwenden, trotzdem keine Ko-
preisgünstiger. ander. TSN als einheitlicher Netzwerkstan- existenz in einem heterogenen Netzwerk
dard kann die Forderung nach Koexistenz ermöglichen.
Voraussetzungen erfüllen. Die IEEE entwickelt allerdings Die gemeinsame Arbeitsgruppe IEEE/
nur horizontale Netzwerkstandards, die IEC60802 hat den Auftrag, ein einheitli-
Dieses abstrakte Ziel lässt mehrere Lö- Basisfunktionen beschreiben. Beispiels- ches TSN-Profil für industrielle Ethernet-
sungswege zu, die sich insbesondere in weise sind zum „Scheduled Traffic“ Anwendungen zu definieren und dabei
der untersten Ebene der Automatisie- (IEEE802.1Qbv-2015, jetzt in IEEE802.1Q- auftretende Lücken in den IEEE-Spezifi-
rungspyramide unterscheiden. Grund- 2018 übernommen) nur Prinzip und Me- kationen zu schließen. Der Erfolg dieser
sätzlich kann man zwischen Koexistenz chanismen festgelegt, über die sich Sende- Arbeitsgruppe, zu der viele Experten und
und Kompatibilität unterscheiden. Koexis- zeitpunkte der Ethernet-Pakete steuern Konsortien Beiträge liefern, wird die Inter-
tenz oder auch Konvergenz bedeutet, dass lassen. operabilität zukünftiger industrieller TSN-
Geräte sich ein gemeinsames Netzwerk- Eine konkrete Anwendung erfordert Anwendungen einen entscheidenden
segment teilen und darüber kommunizie- jedoch spezifische Festlegungen wie die Schritt
ren können, ohne dass sie sich gegenseitig Zykluszeit, die konkrete Abfolge der Zeit- Der zweite Aspekt der Ziele für Indus-
beeinträchtigen. Kompatibilität beutet intervalle, die Definition und Behandlung trie 4.0 betrifft die Kompatibilität von
darüber hinaus, dass sich die Geräte auch der Prioritätsklassen oder die Art und Automatisierungsgeräten. Hierzu sind zu-
untereinander „verstehen“, das heißt, Weise der Netzwerkverwaltung. Dies stellt sätzlich zur Koexistenz im gleichen Netz-
miteinander Informationen austauschen das anwendungsspezifische Profil oder werk auch eine gemeinsame Sprache und
können. den vertikalen Standard dar. Ohne diese eine gleichartige Verwaltung und Planung
11FUTURE MANUFACTURING
OPC-UA pub/sub@TSN
PLC PLC PLC
1 Legacy Network 2 OPC-UA pub/sub@TSN 3 OPC-UA pub/sub@TSN
With cut-through and accelerator
Lösungsvarianten für die Feldebene: Zumindest in der Anfangsphase der TSN-Einführungen
werden wahrscheinlich alle drei Varianten Anwendung finden.
der Automatisierungsanwendung („Engi- dem Publisher-Subscriber-Verfahren keine innerhalb der momentan diskutierten
neering“) erforderlich. Die gemeinsame längeren Geräteketten mit diesen Zyklus- Standards widerspruchsfrei anwendbar
Sprache ist bereits gefunden. Es handelt zeiten realisieren. In der Praxis bieten sich ist, muss sich zeigen. Die Ablösung eines
sich um OPC-UA pub/sub, die echtzeitfä- drei Lösungsmöglichkeiten an: proprietären Standards durch einen
hige Erweiterung des etablierten OPC-UA neuen mit vergleichbarer Leistungsfä-
Standards. ●● Die PLC auf der untersten Steuerungs- higkeit wäre schwer zu begründen.
Die gemeinsame Sprache ermöglicht ebene kommuniziert nur mit den hö- Welche technische Lösung sich auch
Echtzeitkommunikation auf dem Niveau heren Schichten über das TSN-Netz- durchsetzen wird, die Netzwerkverwaltung
etablierter Protokolle mit Zykluszeiten werk und OPC-UA-pub/sub-Protokoll, und das Engineering bleiben in jedem Fall
unter einer Millisekunde wie Profinet oder damit die Interoperabilität zwischen eine große Herausforderung. Mit den jetzt
Ethernet/IP. OPC-UA pub/sub verwendet Anlagenteilen vereinfacht wird. gestarteten Aktivitäten sind die Chancen
Multicast-Frames, die ein Publisher zyk- ●● Man vermeidet die heute übliche auf die erhoffte, für Industrie 4.0 taug-
lisch an einen oder mehrere Subscriber Linienstruktur und wendet sich ver- liche Gesamtlösung stark gestiegen. l
verschickt. Damit ist die Vernetzung bis stärkt flacheren Hierarchien zu, um die
hinab auf die Maschinenebene (Controller Anzahl zu passierender Switches von Arno Stock
zu Controller) lösbar. der PLC zum entferntesten Feldgerät zu Manager
Industrial Solution Business Unit
Auf der untersten Ebene der Automa- verringern.
Renesas Electronics Corp
tisierungspyramide, der Feldebene inner- ●● Die Feldgeräte verwenden für OPC-UA
halb einer Maschine oder Produktionsein- pub/sub die bekannten Mechanismen
heit, sind mitunter kleinere Zykluszeiten wie Summenrahmen und Datenaus-
unter 100 Mikrosekunden gefordert. In tausch, um sehr kurze Zykluszeiten
seiner klassischen Form lassen sich mit zu unterstützen. Ob dieses Verfahren
12www.future-manufacturing.eu
FUTURE MANUFACTURING
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VDMA, DesignStudio
13FUTURE MANUFACTURING
Neue Möglichkeiten der Ethernet-Kommunikation
ROBERT WILMES
Time-Sensitive Networking (TSN) eröffnet nicht nur in der Automatisierungstechnik neue
Möglichkeiten: Die Technologie soll beispielsweise zur Vernetzung im Auto oder Flugzeug
genutzt werden, was die Stückzahlen entsprechender Chips nach oben treibt und ihre Kosten
senkt. Daher haben alle Chiphersteller, die Ethernet-Integrationen anbieten, eine TSN-fähige
Hardware freigegeben respektive in naher Zukunft erste Produkte angekündigt.
Streams sichern sicheres, flexibles und skalierbares Daten-
einen Kanal zwischen
austauschmodell vom Sensor bis in die
Talker und Listener,
der Daten mit seinen Cloud propagiert. Als vorteilhaft erweist
Echtzeitanforderungen sich die Einführung des Publisher-Sub-
durch das ganze
Netzwerk leitet. scriber-Verfahrens, das optimal zur Tech-
nologie passt. Deshalb wurde in der OPC
Foundation ebenfalls frühzeitig eine Ar-
beitsgruppe ins Leben gerufen.
Sämtliche Akteure – seien es Standar-
disierungsgremien, Nutzerorganisationen
oder Geräte- und Systemhersteller – be-
werben die Technologie mit dem Begriff
„Konvergenz für ethernet-basierende Auto-
matisierungslösungen“. Zunächst soll des-
wegen der Begriff Konvergenz eindeutig
beschrieben werden.
Ein eigener Versuch lautet: In einem
konvergenten Automatisierungssystem
können mehrere Engineering-Werkzeuge
unterschiedliche Datenströme (von syn-
chron mit niedrigen Latenzzeiten bis zu
Bild: Phoenix Contact
event-basierend) einrichten und zu jeder
Zeit erweitern oder verändern; der Daten-
austausch funktioniert über Netzwerk-
grenzen hinaus.
Die Verantwortlichen in einem konver-
Ü
ber die Technologie wird schon seit Die Technologie wird sich auch ohne genten System für Teilfunktionen – zum
längerem diskutiert. Entstanden die Automatisierungstechnik entwickeln Beispiel die IO-Kommunikation, die Steue-
sind die darunter subsummierten und etablieren. TSN fließt dann automa- rungskommunikation oder auch die Kom-
Standards aus dem Standardisierungspro- tisch in Automatisierungsgeräte ein. Die munikation in die Cloud – haben folglich
jekt Audio Video Bridging (AVB), das sich jeweiligen Hersteller müssen den Stan- die Gewissheit, dass ihre Teillösung weder
mit der Digitalisierung von Audio- und dard lediglich richtig verwenden. Vor andere Kommunikation stört, noch von
Videosignalen beschäftigt. Die Mitglieder diesem Hintergrund unterstützen bereits dieser beeinträchtigt wird.
der AVB Task Group haben schnell erkannt, zahlreiche Unternehmen und Feldbusor- TSN-Standards bedienen die Schicht 2 im
dass die von ihnen erarbeitete Lösung ganisationen die Technologie. Ethernet-Kommunikationsmodell. Alle TSN-
mehr Potenzial aufweist, wenn sie um Viele Protagonisten suchen eine Migra- Teilnehmer in einem solchen Netzwerk um-
weitere Funktionen ergänzt wird. Deshalb tionsstrategie, um bestehende Lösungen fassen eine Zeitsynchronisierungsfunktion
wurde im Rahmen der IEEE im Standard auf den TSN-Standard zu überführen. Ein und können sich mit einer Uhr im System
802.1 die Time Sensitive Networking Task Mitstreiter ist die OPC Foundation, die mit mikrosekundengenau gemäß dem Stan-
Group gegründet. OPC UA kein Feldbussystem, sondern ein dard IEEE 802.1ASref abgleichen. Bei der
14FUTURE MANUFACTURING
Zeitsynchronisation handelt es sich um dass auch Telegramme mit niedrigerer Pri- sammenlaufen und zum Beispiel auch
eine der letzten TSN-Funktionen auf der orität übermittelt werden, wenn seit lan- getestet werden können.
unteren Automatisierungsebene, die noch ger Zeit nur hochpriorisierte Telegramme Das Industrial Internet Consortium
nicht international verabschiedet ist, was kommuniziert worden sind. Soll der Switch (IIC) legt beispielsweise im Rahmen seines
jedoch kurzfristig erfolgen soll. Die einzu- zu einem definierten Zeitpunkt lediglich TSN-Testbeds in einem Whitepaper so
richtenden Datenströme heißen Streams. bestimmte Telegramme transportieren, genannte Traffic-Klassen fest. Hier wird
Entgegen der Praxis in heutigen Netz- kommt der so genannte Time-Aware Sha- zwischen hochpriorisierten sowie zykli-
werken wird die Route eines Telegramms per zum Einsatz. Er hält in den Switches schen und event-basierenden Klassen
durch einen Switch nicht automatisch spezielle Zeiten für Telegramme frei. unterschieden.
gelernt, sondern muss vom Switch im Vor- Wenn alle Teilnehmer in einer Sprache
feld der Telegrammaussendung über den Vielfältige Definition Daten untereinander austauschen können,
Standard IEEE 802.1Qbv bekannt gemacht sind neue Szenarien herstellerübergrei-
werden. Der Standard legt im weitesten Da die IEEE fast alle TSN-Standards ab- fend lösbar. Für die Geräteanbieter eröff-
Sinn drei verschiedene Konfigurationsme- geschlossen hat, versuchen nun verschie- net sich darüber hinaus der Vorteil, dass
thoden fest: zentral, dezentral und hybrid. dene Gremien die noch fehlenden Bau- lediglich eine Hardware-Plattform vorge-
Im TSN-Standard gibt es mehrere Spe- steine zu definieren. Sehr wichtig ist eine halten werden muss, die sich prinzipiell
zifikationen, die bestimmen, wann ein gemeinsame Normungsgruppe der IEC/ durch ein Firmware-Update auf unter-
Telegramm weiterzuleiten ist. Im Allge- IEEE 60802-IA, die relevante Standards in schiedliche Systeme anpassen lässt. l
meinen wird dazu eine Stream-Priorität einem Profil für die industrielle Automati-
herangezogen. Gemäß diesem Standard sierung vereinen möchte. Darüber hinaus Robert Wilmes
durchsucht der Switch alle eingehenden spezifizieren weitere Organisationen – Mitarbeiter im Software Marketing
Business Unit Control Systems
Telegramme und sendet diejenigen mit etwa die AVNU Alliance – allgemeine Defi-
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der höchsten Priorität weiter. Der so ge- nitionen, wie die Standards in einem kon-
nannte credit-based Shaper zielt darauf ab, vergenten Automatisierungsnetzwerk zu-
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Heterogene Kommunikation in Echtzeit
GUIDO BECKMANN
Die Nutzung von Time Sensitive Networking (TSN) in industriellen Netzwerken ermöglicht
eine Echtzeitkommunikation auch in heterogenen, geswitchten Topologien. Die Ankopplung
eines Ethercat-Segments an ein TSN-Netzwerk erfolgt mit einem Koppler auf einfache Weise.
Bilder: Beckhoff
Der TSN-Koppler erweitert die Einsatzmöglichkeiten von Ethercat in heterogenen Netzwerkumgebungen.
M
it den richtigen Werkzeugen aus Teilnehmer im laufenden Betrieb ist auf und zentral in der Steuerung ausgewertet
dem Werkzeugkasten eignet sich eine schnelle Fehlerbehebung ausgelegt. werden.
TSN, um in einem heterogenen TSN sollte dort genutzt werden, wo es Die Kommunikation zwischen Steue-
Ethernet-Netzwerk Datenströme (Streams) deutliche Vorteile bringt: im Fabriknetz- rungen zur Vernetzung von Maschinen und
zu definieren und diese echtzeitfähig und werk. Anlagen erfolgt heutzutage über Stan-
priorisiert durch das Netzwerk zu trans- Das TSN-Netzwerk wird für die Echt- dard-Ethernet-Netzwerke. TSN beschreibt
portieren. Dies minimiert Verzögerungs- zeitanbindung einer abgesetzten Steue- einen Satz von Standards, der in der IEEE-
zeiten und gewährleistet eine Synchroni- rung im Fabriknetz verwendet und dient 802.1-Task-Group mit dem Ziel entwickelt
sierung der Teilnehmer – es ersetzt jedoch somit als Topologie-Erweiterung eines wird, künftig eine Echtzeitkommunikation
keinesfalls den Echtzeitfeldbus. Feldbusse Ethercat-Segments. Zusätzlicher Kommu- in Ethernet-Netzwerken zu ermöglichen.
wie Ethercat sind extrem effizient und nikationsbedarf in der Anlage, zum Bei- Für die Kommunikation innerhalb von
optimiert auf eine einfache Handhabung spiel für Vision-Kameras, kann dabei Maschinen ist Ethercat eine Technologie –
und Inbetriebnahme; die Diagnose der parallel im TSN-Netzwerk eingesammelt das Prinzip der Datenverarbeitung on-the-
16FUTURE MANUFACTURING
fly ermöglicht eine sehr gute Performance die Einfachheit durch vollautomatische mit dem Ethernet- beziehungsweise TSN-
und ist prädestiniert, die im industriellen Adressierung der Geräte bleiben erhalten. Netzwerk. Der TSN-Koppler übernimmt den
Umfeld zahlreichen kleinen Datenpakete Gleiches gilt für die freie Auswahl unter Austausch des Telegramms vom TSN- an
von digitalen und analogen Eingängen in den Ethercat-Geräten am Markt, die nach den Ethercat-Port mit minimaler Durch-
einem Segment in der Regel mit nur einem der Integration von TSN keinerlei Modifi- laufverzögerung.
Frame zu einem Gesamtprozessabbild zu- kationen benötigen. Die bewährten Eigenschaften wie Dis-
sammenzufügen. Die Stream-Anpassung, mit der das tributed Clocks sowie ethercat-fähige
Beckhoff verbindet mit dem Ethercat- Ethercat-Segment an das heterogene Antriebe lassen sich auch in einem TSN-
TSN-Koppler EK1000 diese beiden Aufga- TSN-Netzwerk angebunden wird, erfolgt Netzwerk nutzen. In einem Netzwerk
bengebiete auf einfache Weise und unter- entweder im letzten TSN-Switch oder im ohne TSN-Erweiterungen eignet sich der
stützt die Anbindung über ein heterogenes ersten Ethercat-Slave-Gerät. Hierfür ist es Buskoppler auch zur Ankopplung eines
Ethernet-Netzwerk an eine abgesetzte lediglich notwendig, die TSN-Stream-ID Ethercat-Netzwerks an ein Standard-
Ethercat-Steuerung. des empfangenen Frames auf dem Rück- Ethernet-Netzwerk. Die Implementierung
weg zum Master auf eine neue TSN- von TSN-Technologien im TSN-Koppler
Einsatz des Kopplers Stream-ID zu ändern und gegebenenfalls stellt die Grundlage für einen determi-
den Zeitstempel für die verteilten Uhren nistischen Datenaustausch zwischen der
Beckhoff bietet mit dem Koppler die (Distributed Clocks) im Ethercat-Frame zu Steuerung und dem Ethercat-Segment
Möglichkeit, durch ein TSN-Netzwerk ein aktualisieren – mehr nicht. bereit. l
oder auch mehrere Ethercat-Segmente Der TSN-Koppler, als erster Teilnehmer
echtzeitfähig von einer Steuerung an- in einem Ethercat-Segment platziert, ver- Dr. Guido Beckmann
zusprechen. So kann das breite Spektrum fügt über zwei Ethernet-Schnittstellen. Technology Marketing
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
an Geräten und I/O-Klemmen direkt – Einer dieser Ports verbindet den Koppler
ohne Änderung in den Geräten – an
die heterogene TSN-Welt angebunden
werden.
Der Koppler, als erster Teilnehmer in
einem Segment platziert, übernimmt die
Adaption zwischen TSN und Ethercat.
Da die verwendeten Spezifikationen in
der IEEE-Projektgruppe noch nicht abge-
schlossen sind, kann das Profil der Ether-
cat Technology Group zunächst nur als
Entwurf zur Verfügung gestellt werden.
Eine Beziehung zwischen IEEE und ETG
stellt sicher, dass Ethercat auch auf die
noch nicht verabschiedeten IEEE-802.1-
Spezifikationen zugreifen kann und so
die Technologie zeitnah mit TSN einge-
führt wird.
Das Profil macht sich den Vorteil zu
Nutze, dass beide Technologien komple-
mentäre Bereiche des Ethernet-Frames
verwenden: Ein TSN-Stream wird defi-
niert durch den MAC-relevanten Teil im
Frame (MAC-Adresse und VLAN-Tag),
Ethercat hingegen nutzt nur den Bereich
der Nutzdaten des Frames. Somit kann ein
TSN-Stream originär ein Telegramm trans-
portieren, das anschließend direkt durch
die Slaves im Ethercat-Segment geschickt
wird.
Im Segment selbst ändert sich nichts,
das heißt, die Performance des Protokolls,
die genaue Synchronisation, die Topologie-
flexibilität, die Diagnosemöglichkeiten und Die Ethercat-Topologie lässt sich um ein heterogenes Standard-TSN-Netzwerk erweitern.
17FUTURE MANUFACTURING
Ein gemeinsamer Standard zur Kommunikation
über die Grenzen von Herstellersystemen hinweg
IM GESPRÄCH MIT PAUL BROOKS
Eine Branchengruppe von Unternehmen arbeitet daran, eine Kommunikationslösung für Echt-
zeitanwendungen im industriellen Umfeld zu entwickeln. Sie soll eine einfache und sichere
Nutzung von Informationen über Herstellersysteme hinweg ermöglichen. Rockwell Automation
unterstützt die Entwicklung und Nutzung offener Standards, erklärt Paul Brooks, Business
Development Manager bei Rockwell Automation, da sie bessere Abläufe gewährleisten.
Foto/Bild: Rockwell Automation
Was bedeutet die neue Kommunikations- basierende Kommunikation zwischen
lösung für Anwendungen? Anwendungen und einzelnen Anlagen
Brooks: Für einzelne Anwendungen und ermöglicht. Es geht dabei um eine Uni-
Maschinen bedeutet TSN eine schnelle versalsprache, die die Kommunikation in
und unkomplizierte Kommunikation zwi- einer Anlage für alle erleichtert und so als
schen Geräten, die einer verstärkten Inter- Grundlage für das Connected Enterprise
operabilität innerhalb komplexer Systeme dient.
zugrunde liegt und Voraussetzung für das Ist die Durchgängigkeit zu Produkten Paul Brooks,
vernetzte Unternehmen, das Connected anderer Hersteller bereits gewährleistet? Rockwell Automation
Enterprise, und Industrie 4.0 ist. Im Gegen- Brooks: Betrachtet man die einzelnen
satz zu proprietären Kommunikationspro- Produkte und Maschinen, kommt man
tokollen bedeutet TSN eine Verbesserung schnell zu dem Schluss, dass die aktuellen Industrie-4.0-Konzepte mit und ohne TSN
für Hersteller und Kunden, da verbesserte Spezifikationen von TSN noch unvollstän- sowie TSN mit und ohne Industrie 4.0.
Abläufe gewährleistet werden können. dig sind. Vor allem im Vergleich mit kon- Nachdem wir uns im Frühjahr 2018 der
Welche Vorteile sehen Sie? ventionellen Feldbus- sowie Industrial- TSN-Initiative angeschlossen haben, konn-
Brooks: TSN bietet eine Vielzahl an Vortei- Ethernet-Lösungen bietet sich noch ein ten wir uns noch nicht an den Arbeiten zur
len in verschiedenen Einsatzbereichen. Im großer Spielraum, um die eigentlichen fehlersicheren Kommunikation von PNO
Connected Enterprise ist es unerlässlich, Ziele von TSN zu erreichen. und OPC beteiligen. Wir erwarten jedoch
dass gemeinsame Kommunikationsstan- Wann ist mit der Fertigstellung der bereits bald weitreichende Fortschritte in
dards herrschen, die eine Kommunikation Standards zu rechnen? der Zusammenarbeit und daraus resultie-
zwischen den einzelnen Anlagen und Ma- Brooks: Derzeit stehen wir noch am An- rend auch eine weitaus spürbarere Ver-
schinen ermöglichen. Konkret spürbare fang einer langen Entwicklung, deren Ziel breitung.
Vorteile gibt es bei den reduzierten Ge- herstellerübergreifende Standards sind. Wie werden die Profile harmonisiert?
samtkosten, die beim Einsatz von Maschi- Entsprechend hoch ist auch das Engage- Brooks: Zur Harmonisierung von Techno-
nen anfallen. Durch die geringeren Schu- ment von Rockwell Automation in der OPC logien zwischen verschiedenen Industrie-
lungskosten für Personal, eine leichtere UA und die Berufung von Jürgen Wein- unternehmen sind bei gleichzeitiger Bei-
Integration in bestehende Anlagen und hofer in den Vorstand. Über die Zusam- behaltung der Interoperabilität konsis-
wesentlich kürzere Inbetriebnahmezeiten menarbeit in der Foundation wird sich tente Informationsmodelle und Kommu-
ergeben sich weitere Vorteile. der neue TSN-Industriestandard langfris- nikationsverhalten essenziell. Dies kann in
Was ist das Ziel? tig etablieren können. erster Linie dadurch erreicht werden, dass
Brooks: Das langfristige Ziel von OPC UA Wie stark ist die erkennbare aktuelle die Entwicklung und Standardisierung
over TSN ist, einen umfassenden Indus- Verbreitung? über eine gemeinsame Plattform erfolgt,
triestandard zu schaffen, der echtzeit- Brooks: Rockwell Automation unterstützt die wir in der OPC UA und dem Bestreben
18FUTURE MANUFACTURING
Eine Gruppe von Unternehmen erarbeitet eine Kommunikationslösung für Echtzeitanwendungen im industriellen Umfeld.
nach einer branchenübergreifenden Lö- operablen Geräte- und Anlagenkommu-
sung gefunden haben. nikation einen effizienteren Ablauf zu
Wie wird das Spannmittel für Industrie gewährleisten, um die Übertragungsla-
4.0 vorbereitet? tenz zu verringern.
Brooks: Unser Ziel ist eine engere Koope- Wo werden die Lösungen von Rockwell
ration sowohl mit Maschinenherstellern Automation eingesetzt?
als auch mit herstellenden Unternehmen Brooks: Die Verfügbarkeit der Lösungen
hinsichtlich der Verbesserung der Kom- von Rockwell Automation mit OPC UA
munikation zwischen Maschinen. Aktuell over TSN wird vor allem durch Kunden-
suchen wir nach einer Lösung, dass nicht nachfrage beeinflusst. l
nur neue Maschinen, sondern auch Be-
standsmaschinen einen Weg finden, um Jasmin Rast
miteinander zu kommunizieren. Spann- Account Director
HBI Helga Bailey GmbH
mittel werden künftig digital.
Mit welcher Latenz kann gerechnet
werden?
Brooks: Bereits die bestehenden TSN-
Standards ermöglichten eine sehr geringe
Übertragungslatenz. Ziel von OPC UA over
TSN ist es, diese geringen Latenzen zu
minimieren und durch einen branchen-
übergreifenden Ansatz auch in der inter-
19BILDVERARBEITUNG Basler Basler integriert ein neues Feature in ausgewählte Kamera- modelle der Produktlinien ace U und ace L: „Vignetting Correc- tion“ ermöglicht im Fall eines zu kleinen Bildkreises im Verhält- nis zur Sensorgröße eine Korrektur von Randabschattungen. Anwender können die Vorteile von kleineren, kostengünsti- geren Objektiven ausschöpfen, ohne dabei Abstriche in der Bildqualität machen zu müssen. Vignettierung ist ein Phäno- men in der Bildverarbeitung. Es bezeichnet den Abfall der Bildhelligkeit zum Rand hin. „Vignetting Correction“ ist ein Feature von Basler, das den unerwünschten Effekt auf einzigartige Weise korrigiert und so Kosteneinsparungen bei der Kombination von Kameras und Objektiven ermöglicht. Nach der einmaligen Kalibrierung der Kamera ergeben sich keinerlei negative Effekte auf Bildrate oder Bildqualität, da die Korrekturwerte in der Kamera gespeichert und automatisch bei der Bildausgabe berücksichtigt werden. www.baslerweb.com INDUSTRIAL IT Belden Belden Inc., Anbieter von Signalübertragungslösungen für unternehmenskritische Anwendungen, hat die Version 7.3 des Betriebssystems HiOS (Hirschmann Operating System) veröffentlicht. Dieses Softwareupdate unterstützt mit einem Time-Aware-Scheduler gemäß IEEE 802.1Qbv Time-Sensitive Networking (TSN). Anwender können sowohl eine vorhersag- bare Latenz als auch eine höhere Zuverlässigkeit gewährleis- ten, da für jedes Gerät eines Ethernet-Netzwerks dedizierte Zeitschlitze für Echtzeitdaten verfügbar sind. Die wichtigsten Vorteile des neuen Betriebssystems HiOS 7.3 sind: reduzierte Betriebskosten, da keine separaten Netzwerke für zeitkritische und nicht zeitkritische Daten erforderlich sind, verbesserte Netzwerkeffizienz und optimale Netzwerkleistung, da zeitkriti- sche und nicht zeitkritische Geräte ohne Latenzprobleme an dasselbe Netzwerk angebunden werden können. www.hirschmann.com SCHLEIF- UND POLIERGERÄTE Buehler Die Automet-Typen 250, 250 Pro und 300 Pro sind eine neue Familie halbautomatischer Schleif- und Poliergeräte von Buehler, dem Herstel- ler von Geräten, Verbrauchsmaterial und Zubehör für die Materialogra- phie und Materialanalyse. Die mit dem Zusatz Pro versehenen Typen sind für die Ansprüche von Anwendern optimiert, die in der Material- prüfung oder in anderen anspruchsvollen Umgebungen große Pro- benmengen durchsetzen müssen. Dabei hilft die intuitive Benutzer- oberfläche mit Touchscreen, deren Handhabung einfach und schnell zu erlernen ist. Programmierfunktionen einschließlich Methoden- speicherung und Z-Achsen-gesteuerter Materialabtrag tragen zu einheitlichen Ergebnissen unabhängig vom Bediener bei. Die Schleif- und Poliergeräte leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verkürzung der Durchlaufzeiten in Prüflabors. www.buehler-met.de 20
MESSWERTANZEIGEN
Microsyst
Für effektive Messwertvisualisierung und -überwachung greift
Systemelektronikanbieter Microsyst auf die vielfältige LED-
Technik zurück. Relevante Werte visualisieren und auf der
Anzeigefläche darstellen, lautete die Aufgabenstellung bei der
Entwicklung der Messwertanzeigen. Beliebig skalierbare An-
zeigeflächen treffen auf zusätzliche Komponenten wie Ein-
heitenbeschriftungen und akustische Signalausgeber für eine
effektive Messwertüberwachung. Die passende Visualisierung
der Messwerte liefern Ziffernanzeigen oder Bargraph-/Skalen-
anzeigen. Die Messwertanzeigen besitzen außerordentliche
Leuchtkraft und hohen Kontrastreichtum für beste Ablesbar-
keit aus nächster Nähe ebenso wie aus größerer Entfernung.
www.microsyst.de
3D-SCANNER
Hahn+Kolb
Der Scan-in-a-box ist das ideale Einsteigergerät, wenn es um das Erfassen und Verarbeiten
von 3D-Scans geht. Das Gerät der Hahn+Kolb Werkzeuge GmbH besteht in der Basisvariante
aus einer Aluminium-Schiene mit Positionierhilfen für die beiden Kameras und einem Projek-
tor. Die Kameras werden auf der Schiene angebracht, um das Scanner-Sichtfeld von 100 x 80
bis 500 x 400 Millimeter einzurichten. Der Projektor in der Mitte sorgt für die perfekte Aus-
leuchtung des zu scannenden Objekts. Die Kombination aus hochauflösenden Kameras, die
zeitgleich das Objekt erfassen, und einem leistungsstarken Projektor gewährleisten einen
detailgetreuen Scan bei bester Bildqualität und einer Genauigkeit von 0,04 Millimetern. Der
Scan-Vorgang selbst dauert etwa vier Sekunden. Die Software Ideas FX erfasst und verarbeitet
sämtliche Daten und erstellt eine virtuelle Nachbildung des Objekts.
www.hahn-kolb.de
QUALITÄTSSICHERUNG
Creaform und Metrologic Group
Metrologic Group und Creaform sind eine Partnerschaft eingegangen, in
deren Rahmen Creaform die Softwaresuite der Metrologic Group in seine
neue automatisierte Lösung für 3D-Abmessungsprüfung, Cube-R, integ-
riert. Diese Laser-Scanning-Komplettlösung setzt die 3D-Messprogram-
mierungs- und Prüfsoftwarepakete Silma und Metrolog X4 i-Robot der
Metrologic Group ein und kombiniert die Effizienz und Verlässlichkeit der
Robotisierung mit einer automatisierten industriellen Messzelle. Cube-R
ist eine vorgefertigte, automatisierte Lösung für 3D-Prüfungen, die für
Fertigungsunternehmen entwickelt wurde, welche direkt in der Fertigung
eine automatisierte Qualitätssicherung benötigen. Sie optimiert den Metrascan 3D-R Messscanner durch den Einsatz der
speziell für Robotik entworfener Messsoftware Metrolog X4 i-Robot. Die Lösung bietet eine flexible Plug-and-Play-Alternative
zu Koordinatenmessgeräten und anderen robotergeführten 3D-Scannern mit strukturiertem Licht.
www.metrologicgroup.com, www.creaform3d.com
21FUTURE MANUFACTURING
Automatisierung verbessert die Materialprüfung
PETER STIPP
Die Prüfungen von Werkstoffen werden immer stärker automatisiert, denn schon kleinste
Störeinflüsse verändern die Messwerte. Auch die Vielfalt der zur Prüfung eingesetzten Systeme
und Geräte hat deutlich zugenommen. Wie man sehr effizient einen hohen Automatisierungs-
grad mit unterschiedlichen Messsystemen erreicht, zeigt Zwick Roell mit seinen modular
aufgebauten Prüfsystemen für automatisierte Zug-, Biege- und Schlagversuche.
Metall-Zugversuch: Zu den wesentlichen
Komponenten einer solchen Anlage
gehören neben den eigentlichen Mate-
rialprüfmaschinen auch automatische
Zuführsysteme.
Fotos: Zwick Roell
Kunststoffzugversuch: Das Verfor-
mungsverhalten von Probekörpern
wird untersucht. Zugfestigkeit und
Zugmodul werden unter festgelegten
Bedingungen ermittelt.
22FUTURE MANUFACTURING
E
ine Automatisierung in der Mate- JIS Z2201. Es ist ausgelegt für flache und In dem nach Iso 17025 akkreditierten
rialprüfung entlastet nicht nur das runde Metallproben mit Breiten bis 40 Milli- Prüfcenter sind über 500 verschiedene Prü-
Laborpersonal, sondern trägt durch meter, beziehungsweise bis zu einem Durch- fungen an Kunststoffen möglich, 40 davon
den Ausschluss von Bedienereinflüssen messer von 20 Millimetern. Das maximal automatisiert. Bei der Bestimmung der
maßgeblich dazu bei, genaue, wiederhol- mögliche Gewicht liegt bei einem Kilo- Zugeigenschaften geht es beispielsweise
bare, vergleichbare und nachvollziehbare gramm, die Länge ist auf 300 Millimeter darum, das Zugverformungsverhalten von
Messwerte sicherzustellen. begrenzt. Probekörpern nach Iso 527 zu untersuchen
Zu den wesentlichen Komponenten Bei Bedarf kann die Bestimmung der und die Zugfestigkeit, den Zugmodul und
einer solchen Anlage gehören neben den genauen Probenmaße für die Berechnung weitere Gesichtspunkte der Zugspannungs-/
eigentlichen Materialprüfmaschinen auch mit einem Querschnittsmessgerät erfol- Dehnungs-Beziehung unter festgelegten
automatische Zuführsysteme. Sie sind für gen (optional). Hierzu messen zwei Taster Bedingungen zu ermitteln.
Lagerung, Vermessung und Zuführung der sowohl Dicke als auch Breite wahlweise Das Roboterprüfsystem für vollautoma-
Proben sowie die Entsorgung von Proben- an einer oder an drei Stellen. Um eine prä- tische Zug- und Biegeversuche an Kunst-
resten konzipiert. Eine der häufigsten zise und reproduzierbare Ausrichtung der stoffen genügt Normen wie Iso 527-2,
Prüfungen an Proben aus Metall oder Probe in der Prüfachse der Maschine zu Iso 178 und ASTM D790. Es ist für Proben
Kunststoff ist der Standardzugversuch gewährleisten, wird die Probe außerdem bis zu einer Länge von 260 Millimetern,
bei Raumtemperatur. Auch Biegeversu- unmittelbar vor der Zuführung in einer einer Breite von 25 Millimetern und einer
che, temperierte Zug-, Kerbschlag- und Zentrierablage abgelegt und wieder auf- Dicke von 15 Millimetern ausgelegt. Ge-
Durchstoßversuche sowie Messungen der genommen. messen wird mit dem Längenänderungs-
Kugeleindruckhärte werden zunehmend Die Messung der Längenänderung beim aufnehmer von Zwick Roell. Er ist wie das
automatisiert. Zugversuch übernimmt der berührende Ex- Extensometer ab 20 Mikrometern Mess-
Für diese Anwendungen hat Zwick Roell tensometer Makroxtens. Mit mehr als 6000 weg in Klasse 0,5 kalibriert und für hohe
die Roboterprüfsysteme Robotest L entwi- installierten Systemen ist er der Standard- Kräfte sowie sprödes Probenmaterial aus-
ckelt. Sie bestehen aus einer Materialprüf- aufnehmer in der Metall-, Kunststoff- und gelegt. Der maximale Messweg beträgt
maschine, einem Kraftaufnehmer, sym- Automobilbranche und ausgelegt für Zug-, 700 Millimeter.
metrisch schließenden und pneumatisch Druck-, Biege- und zyklische Prüfungen so- Da der maximale Fehler nur plusminus
betätigten Probenhaltern, einem Längen- wie den Einsatz in Temperierkammern. einen Mikrometerin der Differenzwegmes-
änderungsaufnehmer sowie einer auto- Das robuste Messsystem ist dank eines sung zwischen zwei Messpunkten beträgt,
matischen Zuführung. Unterstützt wird integrierten Sicherheitsmechanismus und ist auch die Zusatzforderung der Iso 527-1
der Anwender durch eine Prüf- und Auto- kippbaren Messschneiden optimal geschützt für die Bestimmung der Zugeigenschaften
matisierungssoftware. und einsetzbar bis zum Probenbruch – von Kunststoffen erfüllt. Darüber hinaus
Bei Hydro Aluminium Rolled Products auch bei hohen Kräften und sprödem Pro- lassen sich dank der geringen Mitnahme-
in Grevenbroich werden in verschiedenen benmaterial. So wird beispielsweise bei kraft und freien Einstellbarkeit des An-
Anlagen neben Folien, Druckplatten, Alu- einem Kontakt der Fühler mit den Proben- pressdrucks der Fühler auch empfindliche
miniumbändern und Getränkedeckeln auch haltern die Maschine sofort gestoppt. Die Kunststoffproben sicher und nachvollzieh-
Produkte für die Automobil- und Bauin- Messschneiden lassen sich durch einfaches bar prüfen.
dustrie hergestellt. Für die Produktquali- Drehen auf Rund- oder Flachproben ein- Die Roboter-Prüfsysteme von Zwick Roell
tät hat unter anderem die Bestimmung stellen. Der Aufnehmer erfüllt mindestens wurden für automatisierte Zug-, Druck-,
der Zugeigenschaften der Aluminiumpro- die Genauigkeitsklasse 0,5 nach Iso 9513 Biege- und zyklische Prüfungen an Metal-
ben eine hohe Bedeutung. Sie wird daher und der maximaler Fehler in der Differenz- len und Kunststoffen konzipiert. Der Ein-
im Rahmen der Qualitätssicherung sowie weg-Messung zwischen zwei Messpunk- satz in Temperierkammern ist ebenfalls
im Bereich Forschung und Entwicklung ten im Bereich 20 bis 200 Mikrometern möglich. Dank unterschiedlicher Material-
sehr häufig durchgeführt. beträgt nur plusminus einen Mikrometer. prüfmaschinen sowie einem breiten Port-
Hydro Aluminium stellt 440.000 Ton- folio an Kraftaufnehmern, Probenhaltern
nen Aluminiumprodukte pro Jahr her. Eine Prüfung der Probekörper und Längenänderungsaufnehmern sind sie
Automatisierung bietet sich daher an. für die Anforderungen in verschiedenen
Hierbei setzt das Unternehmen seit Jah- Auch UL International TTC im Chempark Branchen geeignet. Unterstützt wird der
ren auf die Roboterprüfsysteme von Zwick Krefeld-Uerdingen setzt ein Roboterprüf- Anwender durch eine Prüf- und Automati-
Roell. Aufgrund einer Produktionserweite- system von Zwick Roell ein. Das Unterneh- sierungssoftware. l
rung wurde jetzt ein weiteres System mit men gehört zu den weltweit führenden
einer Materialprüfmaschine für Kräfte bis Anbietern in den Bereichen Compoundie- Dr. Peter Stipp
100 Kilonewton installiert. rung, Probekörperherstellung sowie Prü- PR- und Werbeagentur
awikom gmbh
Das Roboterprüfsystem für Metalle er- fung und Zertifizierung von Polyolefinen
für die ZwickRoell GmbH & Co. KG
laubt Zugversuche unter anderem nach bis hin zu thermoplastischen Hochleis-
DIN EN 10002-1, ISO 6892, ASTM E8 und tungskunststoffen.
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