Technik zum Brückenbauen

Durch das Zusammenwachsen verschiedener Branchen wie der Automatisierung mit ihren zahlreichen Feldbussen und Protokollen, der Gebäudeautomation mit DMX, KNX oder BACnet, der Prozessautomatisierung mit Interbus und der Makerszene im semiprofessionellen Bereich wird es zukünftig eine noch größere Protokollvielfalt geben. Getrieben wird die Entwicklung außerdem durch Industrie 4.0 und das Internet der Dinge (IoT/Internet of Tthings) sowie durch die damit einhergehende Dezentralisierung der Intelligenz durch smarte Sensoren und Aktoren. So entsteht letztendlich eine noch größere Clusterung der Kommunikationslandschaft in einem Netz.

Dem entgegen steht der wachsender Bedarf an Durchgängigkeit der Kommunikation vom Sensor bis in die Steuerungs- bzw. Leitebene eines Unternehmens. Der Zugriff auf die Daten und die Auswertung der Informationen nimmt einen immer größeren Raum ein und hilft dabei, die Prozesse zu optimieren und damit die Kosten zu senken. Dabei ist auch der Investitionsschutz zu beachten. Anlageninvestitionen gehen rasch in die Millionen und müssen zuerst die entstandenen Kosten wieder einspielen, bevor an einen kompletten Austausch gedacht werden kann.

In den letzten Jahren ist so eine riesige „Landschaft der Kommunikation“ gewachsen, in der klassische Feldbusse mit ethernetbasierte Bussystemen nebeneinander existieren. Nun kommt zunehmend die dezentrale Kommunikation mittels OPC-UA und anderen Protokollen hinzu. OPC Unified Architecture ist ein industrielles M2M-Kommunikationsprotokoll, das den direkten Daten-Queraustausch zwischen Maschinen ermöglicht. Die große Herausforderung der Zukunft wird es sein, die klassische Feldbuswelt mit der ethernetbasierten Welt und dem IoT zu verbinden. Das betrifft sowohl den Planer einer kompletten Topologie als auch den Hersteller von den Geräten, die in dieses Netz eingebunden werden müssen.

Der Planer sucht Lösungen, wie er mit größtem Investitionsschutz und geringstem Aufwand eine Protokoll-Clusterung vermeiden kann. Ein Teil seiner Anlage läuft auf Profinet, eine anderer mit Ethercat oder Ethernet/IP, und ältere Teile der Anlage werden vielleicht noch mit Profibus, Devicenet oder Canopen usw. vernetzt sein. Der Hersteller von Aktoren und Sensoren benötigt dagegen eine Ausgangsschnittstelle, die, wenn möglich, mehrere dieser Cluster bedient. Bietet sein Produkt nicht die notwendigen Schnittstellen, wird er sehr schnell an Akzeptanz verlieren. Für den Hersteller bzw. Ausrüster von Steuerungen ist die Anbindung seines Schaltschranks an ein Netzwerk eher ein notwendiges Übel, da er die Systemtechnik bzw. die benötigte SPS zukauft und lediglich einbaut. Die Schnittstelle nach außen ist zwingend notwendig, um den Schrank in eine Netztopologie einzubinden. Oft fällt die Aufgabe jedoch nicht in der Kernkompetenz des Schaltschrankbauers.

Ganz neu kommt nun die Makerszene hinzu: Hochmotivierte semiprofessionelle Techniker entwickeln feine Applikationen, preiswerte Kleinststeuerungen und andere nützliche Endgeräte und gewinnen damit beispielsweise in der Gebäudetechnik immer mehr an Bedeutung. Jeder dieser Netzwerkteilnehmer benötigt eine andere Strategie, die von zwei Faktoren bestimmt wird: Welche Protokolle muss ich unterstützen wie kann ich das technisch realisieren?

Welches Protokoll das Endgerät sprechen muss, legen der Kunde des Herstellers oder der Markt fest. Meistens ist es nicht nur ein Protokoll, das Gerät muss vielmehr mehrere Protokolle „sprechen“, um einen möglichst großen Teil des Marktes zu bedienen. Bei großen Stückzahlen macht es Sinn, ein eigenes Kommunikationsmodul zu entwickeln, bei kleineren und mittleren Stückzahlen ist der Zukauf von Kommunikationsmodulen die bessere und schneller zum Ziel führende Methode.

Solche Kommunikationsmodule basierend auf dem Kunbus-IC, das es für fast alle Protokollvarianten gibt. Mit solchen Modulen lassen sich Aktoren und Sensoren innerhalb weniger Tage busfähig machen. Da sie zudem untereinander PIN-kompatibel sind, erhält der Entwickler einen schnellen Zugang zu fast allen Übertragungsnetzen. Selbst wenn die Module nicht 100%-ig für die eigene Applikation passend sind, lassen sie sich durch Hard- und Software-Änderungen an die Applikation anpassen. Innerhalb weniger Wochen steht so eine maßgeschneiderte und trotzdem kostengünstige Lösung zur Verfügung.

Etwas anders sieht es bei den Netzwerkplanern und Schaltanlagen- bzw. Schaltschrankbauern aus. Sie benötigen in der Regel keine Kommunikationsmodule, um Endgeräte an ein Netz anzuschließen, sondern Komponenten, um unterschiedliche Netze miteinander zu verbinden oder eine Schaltanlage in ein Netz einzubinden. Bei einem Schaltanlagenbauer ist es häufig so, dass er standardmäßig eine von ihm oder seinem Kunden ausgewählte SPS in die Anlage integrieren muss. Oft bekommt er einen Feldbus bzw. eine Steuerung oder einen Steuerungshersteller vorgeschrieben. Ist ein Steuerungswechsel erforderlich, kann er entweder die Steuerung wechseln oder ein Gateway einsetzen.

Der Einbau einer neuer Steuerung ist zeit- und kostenintensiv, zumal der Schaltanlagenbauer nicht immer über das entsprechende Know-how über das neue System verfügt. Gateways bieten da einen einfacheren und kostengünstigeren Weg. Die Gateways von Kunbus bieten die Möglichkeit, zwei unterschiedliche Netze miteinander zu koppeln. Sie bestehen aus zwei Modulen, die mit einer gemeinsamen Schnittstelle für die Nutzdaten ausgestattet sind. Ein Modul dient als Slave für das eine Netzwerk, das andere Modul ist ein Slave im anderen Netzwerk. Der Austausch der Nutzdaten erfolgt über eine Steckbrücke, mit der die beiden Module verbunden werden. Über diese Steckbrücke werden mittels des internen Busses Nutzdaten von bis zu 512 Byte ausgetauscht. Es gibt sie in den Varianten Profibus, Canopen, Devicenet, CC-Link, Profinet, Powerlink sowie Ethercat, Seriell, RS232, RS485, RS422 und als Protocollscripter sowie für Modbus TCP, -RTU und Ethernet/IP.

Durch diesen intelligenten Ansatz kann das Gateway flexibel eingesetzt werden. Jedes der beiden Protokolle wird in einem separaten Gehäuse mit den Abmessungen 22,5/101,4/115 mm (B/H/T) verarbeitet, die nebeneinander auf einer Hutschiene montiert werden. Die Module werden mit 24 V versorgt, wobei die Leistungsaufnahme weniger als 3 W beträgt. Jedes Gateway-Modul hat die notwendigen Buchsen für den Anschluss des Kabels an das jeweilige Netz. Während herkömmliche Geräte bei einer technischen Störung vollständig ausgetauscht werden müssen, reicht bei den Kunbus-Gateways der Austausch eines der beiden Module.

Neben den geringeren Kosten bietet dieser Ansatz einen weiteren Vorteil: Die Entscheidung für oder gegen ein bestimmtes Netzwerk muss erst kurz vor der Auslieferung getroffen werden. Auf besondere und kurzfristig eingetretene Veränderungen bei den Anforderungen kann somit noch besser reagiert werden. Diese modular aufgebauten Gateways haben gegenüber dem Austausch der kompletten Steuerung damit folgende Vorteile: Durch den modularen Aufbau kann rasch zwischen verschiedenen Protokollen gewechselt und eine hohe Variantenvielfalt genutzt werden, die Geräte zeichnen sich durch die einfache Hutschienenmontage aus, sie sind plug&play-fähig, verursachen nur geringe Lagerkosten und bieten eine hohe Verfügbarkeit.

Betreten im Rahmen des IoT bzw. Internet 4.0 weitere Protokolle den Markt, kann auch darauf rasch reagiert werden. Es muss lediglich eine weiteres Protokoll in einem Gateway realisiert werden, und sofort steht die komplette Palette zur Verfügung, um sich an jedes Netzwerk anbinden zu können.

Dipl. Ing. (FH) Andreas Müller ist Leiter Vertrieb und Marketing

bei der Kunbus GmbH in Denkendorf

Kunbus GmbH

Denkendorf

Tel. 0711 3409-7093

www.kunbus.de

Die Kunbus GmbH ist Spezialist im Bereich von Feldbus- und Industrial-Ethernet-Lösungen. Neben Embedded-Lösungen in Modulformat bietet das Unternehmen auch Custom Designs an, um Technologiesteuerungen an einen übergeordneten Master anzubinden. Für die Verbindung zweier unterschiedlicher Netzwerke stehen Gateway-Lösungen zur Verfügung. Auch im Bereich der Netzwerkdiagnose und Überwachung bietet das Unternehmen geeignete Lösungen. In Entwicklung und Produktion sind am Standort Denkendorf bei Stuttgart 100 Mitarbeiter beschäftigt.