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Enabler für das Internet of Things

CC-Link IE in Industrie-4.0- und e-F@ctory-Konzepten
Enabler für das Internet of Things

Forderungen nach hohen Übertragungs-Geschwindigkeiten sowie der Übertragung großer Datenmengen und nahtloser Konnektivität kann die CC-Link-Familie als integriertes Industrie-Netzwerk erfüllen. Sie eignet sich damit für die Realisierung von Industrie-4.0- und e-F@ctory-Konzepten – und damit die IT-gesteuerte Produktion.

Der Autor:Haruyuki Otani ist Vorsitzender der technischen Arbeitsgruppe der CC-Link Partner Association (CLPA)

Gemeinsamer Grundgedanke moderner Industrie-4.0- und e-F@ctory-Konzepte ist die Integration und Optimierung der IT auf der Management-, Produktions-, und Maschinenebene – was den Einsatz dafür geeigneter Netzwerk-Protokolle wie CC-Link IE erfordert. Auch im Hinblick auf den Vormarsch cloudbasierter Fertigungs-IT-Systeme macht das Sinn. Was die Systemintegration mittels der Cloud angeht, so verlangt das Netzwerk auf der Produktionsebene eine einfache und sichere vertikale Integration in das Managementsystem. Hier spielt das M2M-Kommunikationsprotokoll OPC UA eine immer größere Rolle, zumal es auch Funktionen für die Datensicherheit (Security) bietet. Das Netzwerk auf Maschinenebene muss sich dabei einfach an das Produktionssystem anbinden lassen, wobei der Echtzeitbetrieb eine große Rolle spielt. Auch unterscheiden sich die Security-Anforderungen von denjenigen der höheren Ebenen. Die Maschinenebene verlangt kontinuierliche Produktivität – auch im Falle eines unvorhergesehenen Ereignisses. Neben der Datensicherheit spielt hier deswegen auch die Sicherheit von Personen und Anlagen eine Rolle (Safety). Da die Maschinenebene unterschiedliche Netzwerke umfasst (beispielsweise auch Sensornetzwerke), ist eine nahtlose Einbindung der verschiedenen Netzwerkebenen wichtig.
Ein Netzwerk auf der Maschinenebene muss also die folgenden Anforderungen erfüllen:
  • Einfache Integration in die Produktionsebene unter Berücksichtigung von Echtzeitanforderungen
  • Garantierte kontinuierliche Produktion und Sicherheit von Personen und Anlagen (Safety)
  • Integration und nahtlose Anbindung verschiedener Netzwerktypen, einschließlich Sensornetzwerken
  • Hohe Geschwindigkeiten und Kapazitäten als Voraussetzung für die Nutzung neuer Anwendungen
  • Einfache Netzwerkkonfiguration
Die CC-Link-Familie umfasst die CC-Link-Serie, basierend auf RS-485, und die CC-Link-IE-Serie, basierend auf 1-Gb/s-Ethernet (siehe Bild 2). Die CC-Link-Serie beinhaltet CC-Link, CC-Link Safety und CC-Link/LT. Dabei handelt es sich um ein Netzwerk, das sich auf Leistung und Zuverlässigkeit bei möglichst geringen Kosten konzentriert. Die CC-Link-IE-Serie umfasst CC-Link IE Control, CC-Link IE Field, CC-Link IE Field/Motion und CC-Link IE Safety. Ihre wichtigsten Besonderheiten sind unter anderem die hohe Geschwindigkeit und Eignung für enorme Datenmengen – CC-Link IE bietet eine ausreichende Bandbreite für zukünftige Anwendungen, weswegen es sich im Zusammenspiel mit den eingangs erwähnten Industrie-4.0- und e-F@ctory-Konzepten anbietet.
  • Echtzeit-Performance und Integrationskomfort von CC-Link IE Control:Aufgrund der hohen Geschwindigkeit und der erweiterbaren Echtzeit-Performance findet CC-Link IE Control unter anderem verstärkt Anwendung in der Flachbildschirm-Produktion und im Automobilbau. CC-Link IE drückt Echtzeit-Performance mithilfe der sogenannten Link Scan Time aus. Bild 3 zeigt diese für eine Anordnung von 32 Stationen mit gleicher Speicherzuweisung über CC-Link IE Control. Im Vergleich zu anderen Controller-Netzwerken werden hohe Geschwindigkeiten erreicht und es ist erkennbar, dass die Leistung selbst bei einem größerem Datenaustausch im Netzwerk (Gesamtanzahl an Link Points) nicht an Geschwindigkeit verliert. Mit Blick auf die Rezept- und Qualitätskontrolle bietet sich also CC-Link IE Control als Netzwerk für die Koordination und Integration mit der Produktionsebene an, beispielsweise für die Rezeptweitergabe oder die Datenerfassung der Qualitätskontrolle. Außerdem kann die hohe Bandbreite von 1 Gb/s für zyklische und transiente Kommunikation aufgeteilt werden. Auf diese Weise werden Störungen der zyklischen durch die transiente Kommunikation vermieden. Steckkartenprodukte für PCs existieren ebenfalls, etwa für Lösungen zur Qualitätskontrolle.
  • Gewährleistung von kontinuierlicher Produktion und Sicherheit mit CC-Link IE:Die CC-Link-Familie bietet gegenwärtig keine Spezifikationen für Datensicherheit (Security). Was die drei Ebenen Management, Produktion und Maschinen angeht, so liegt das daran, dass die Datensicherheit beispielsweise durch OPC UA auf der Produktionsebene realisiert wird und Maschinennetzwerke unter Produktivitätsaspekten (mit Blick auf die Verarbeitungszeit) kostenoptimiert gestaltet sind. Zukünftig werden hier aber auch Aspekte der Security stärkere Beachtung finden müssen. Für das Thema der Maschinensicherheit wurde dagegen CC-Link IE Safety definiert, um die Sicherheitskommunikation bei Verwendung von CC-Link IE sicherzustellen. Diese kann die Kommunikation zwischen Sicherheitsfeldgeräten und einem Sicherheitscontroller sowie das Senden und Empfangen von Sicherheitsdaten zwischen Sicherheitscontrollern umfassen. Will heißen: Beim Anhalten eines Prozesses durch eine Sicherheitsfunktion werden abhängige Prozesse synchron gestoppt, so dass der Neustart nach der Fehlerbehebung beschleunigt wird.
  • Integration und nahtlose Anbindung verschiedener Netzwerktypen:Für die CC-Link-Familie wurde das Seamless Message Protocol (SLMP) als Mechanismus für die Integration und nahtlose Anbindung verschiedener Maschinennetzwerke definiert. Dieses Protokoll ermöglicht die Verbindung zwischen einem System auf höherer Ebene und den Feldgeräten ohne Rücksicht auf die Unterschiede zwischen CC-Link IE, CC-Link und TCP/IP. Da zudem seit einigen Jahren in Netzwerken auf der Maschinenebene verstärkt Open-Sensor-Netzwerke eingesetzt werden, prüfen beispielsweise IO-Link und die CC-Link Partner Association die Entwicklung von Spezifikationen für die nahtlose Konnektivität mit anderen offenen Netzwerken.
  • Komfortable Netzwerkkonfiguration mit CC-Link IE:CC-Link IE verwendet Ethernet als unterste Kommunikationsebene und die Token-Passing-Methode für die Kommunikationssteuerung auf höherer Ebene. Hierbei werden die Datenübertragungsrechte (Tokens) im Netzwerk auf einer festgelegten Route von Station zu Station weitergegeben. Nur diejenigen Stationen mit Datenübertragungsrechten können Daten übertragen. Derzeit werden Tokens auf einer statisch festgelegten Route weitergegeben, aber technisch ist es ebenfalls möglich, diese Route dynamisch mit beliebigen Intervallen zu ändern. In der Zukunft wird dies das Routen-Switching in Abhängigkeit von dem zu fertigenden Produkt ermöglichen (Bild 4).
Ebenfalls wichtig ist bei der Netzwerkkonfiguration die simultane Fehlersuche. Bei Störungen im Netzwerk muss die betreffende Stelle schnell zu finden sein. CC-Link IE bietet verschiedene Werkzeuge zur schnellen Auffindung von Fehlern, etwa ein Management-Werkzeug für die Netzwerkereignis-Historie, ein Netzwerkdiagnosewerkzeug und anderes. co

Kontakt

40217887

info

CLPA Europe
(CC-Link Partner Association)
Peter Dabringhaus
Business Development Manager
Tel. +49 2102/486-7988
Erläuterungen zu CC-Link IE und CC-Link bringt folgendes Video:
http://t1p.de/7s6w

CC-Link IE im Überblick

PLUS

  • Einfache Integration in die Produktionsebene durch transiente Kommunikation ohne Beeinträchtigung der Echtzeitkommunikation
  • Kürzere Ausfallzeit bis zum Neustart nach Sicherheitsabschaltung durch eine Sicherheitskommunikation, die die Prozesse koordiniert
  • Nahtlose Konnektivität mit anderen offenen Netzwerken
  • Hohe Geschwindigkeit und Kapazität für die Zukunft
  • Logische Topologie ohne Abhängigkeit von der physikalischen Topologie unter Verwendung der Token-Passing-Methode
  • Vereinfachte Fehlersuche

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