Data Generation, Collection & Transfer
20.05.2019

Daten-Shuttle für das IoT

Mit ASi-5 hat sich bei AS-Interface der Wandel vom kommunikationsbezogenen zu einem informationsorientierten System vollzogen. Dem Anwenderbedürfnis, sowohl Maschinen vernetzbarer zu gestalten als auch die Sensor-Aktor-Installation mit dem gelben Kabel gewohnt einfach zu halten, trägt es damit Rechnung. Grundlage ist ein neuer Chip, der dem System die gewünschte Funktionalität ­verleiht, zu dem eine höhere Übertragungsrate zählt.

ASi als dezentraler Datenzubringer für Industrie 4.0 und IIoT

ASi als dezentraler Datenzubringer für Industrie 4.0 und IIoT

In einem sind sich die Anwender in der Automatisierungstechnik einig: Benötigt werden stabile Kommunikationsnetzwerke, die echtzeitfähig, sicher und zuverlässig sowie hoch verfügbar sind – unabhängig davon, ob es sich um einfache Maschinen oder komplexe Anlagenkonzepte handelt. AS-Interface gestaltet mit einer Gemeinschaft von Anwendern, Geräteherstellern und Hochschulen den technischen Fortschritt in der industriellen Kommunikation.

So wurde im letzten Jahr in der ASi-5-Entwicklungsgemeinschaft intensiv daran gearbeitet, die technischen Anforderungen aller beteiligten Industriepartner umzusetzen. Mit Renesas als Halbleiterhersteller galt es, einen Chip zu entwickeln und im Vorfeld des ASi-5-Projekts sämtliche Anforderungen und deren Realisierbarkeit zu evaluieren, Alternativkonzepte zu diskutieren und letztendlich die Umsetzung voranzutreiben.

Renesas entwickelte die Chiptechnik, wählte dazu passende analoge Komponenten und spezifizierte die digitalen Algorithmen. Im Fokus standen dabei die Erfahrungen mit Powerline-Kommunikation und OFDM (orthogonales Frequenzmultiplexverfahren). Damit konnten Funktionen, wie die hohe Datenbandbreite von ASi-5, optimal entwickelt werden.

Geballte Funktionswelten plus bewährte Installationsvorteile

Wichtig bei der Vorstellung von ASi-5 ist die Kompatibilität des Systems. Der Anwender kann so die Geräte der verschiedenen Technologieschritte zusammen verwenden und den jeweils richtigen Mix aus bewährten Geräten und innovativen Funktionen für sich zusam­menstellen. Mit einer erhöhten Datenbandbreite und der schnellen Kommunikation mit Zykluszeiten ­hinunter bis zu 1,2 ms kommt die ASi-5-Technologie zukünftig auch für ­datenintensive und zeitkritische Anwendungen in ­Betracht. Das neue Übertragungsverfahren ermöglicht Zeit- und Frequenzmultiplexing. Damit kann das Kommunikationssystem flexibel angepasst werden. Schnelle Kommunika­tionsnetze oder solche mit hoher Datenbandbreite können realisiert werden.

Wesentlicher Aspekt der Weiterentwicklung ist der Fakt, dass ASi-5 komplett rückwärtskompatibel ist. Die Einführung von ASi-5-Geräten hat keinerlei negative Auswirkungen auf bestehende AS-Interface-Netzwerke. Nutzer können an einem ASi-5-Kombi-Master sowohl ASi-5- als auch ASi-3-Geräte gleichzeitig betreiben. Bezogen auf die Chipentwicklung bei Renesas und der Zusammenarbeit mit der Entwicklungsgemeinschaft war diese Forderung einer Rückwärtskompatibilität insofern anspruchsvoll, da die ASi-3-Übertragungen die ­ASi-5-Daten nicht stören dürfen und umgekehrt.

Zeitmultiplexing als Übertragungsverfahren

Ein Highlight des ASi-5-Systems ist das Zeitmultiplexing, mit dem festgelegt wird, wie oft bzw. in welchem Rhythmus ein Slave mit dem ­Master kommuniziert. Man benötigt vier Subzyklen, die jeweils 1,2 ms entsprechen, für einen ASi-5-Zyklus. Der Anwender wählt, ob ein Slave seine Daten in jedem Subzyklus oder aber nur in jedem vierten Zyklus aktualisiert. Soll ein Slave in jedem Subzyklus kommunizieren, verringert sich allerdings die Anzahl der maximal an einem Strang anschließbaren Slaves. In der Summe bleibt es offen, ob man 24 Slaves anschließt, die alle 1,2 ms kommunizieren, oder 96 Slaves, die alle 5 ms ­kommunizieren. Diese Form des sogenannten Frequenzmultiplexing bezieht sich auf die Transportchannel (TC), die je 16 bit umfassen.

Jedem ASi-5-Slave steht ein solcher TC zur Verfügung, um Daten zu übertragen. Jeder Slave kann bis zu vier dieser Channels nutzen, um mehr Daten zu übertragen. Für jeden einzelnen Slave lassen sich Zeitmultiplexing und genutzte Transportchannels kombinieren, um so bis zu 32 Byte je Slave zu übertragen. Das neue Verfahren wird problemlos mit dem etablierten und bewährten ASi-3-Übertragungsverfahren auf demselben gelben Flachkabel kombiniert.

In der Sensor-Aktuator-Ebene werden zunehmend Kommunikationsnetzwerke mit hoher Flexibilität gefordert. Mit weltweit mehr als 37 Millionen installierten Knoten und mehr als sieben Millionen sicherheitsgerichteter Schaltgeräte hat sich AS-­Interface als dezentraler Datenzubringer etabliert.

www.as-interface.net


Statement von Dr. Thomas Sebastiany, Pepperl + Fuchs

„ASi-5 ist eine neu entwickelte Technologie, bei der auch Pepperl+Fuchs als Mitinitiator von Anfang an involviert war. Voran gingen mehrjährige Grundlagenentwicklungen, die anfangs auch durch öffentliche Fördermittel unterstützt wurden. Darauf aufbauend wurde in einer Entwicklungs­gemeinschaft von sieben namhaften Automatisierungsfirmen auf eigene Kosten eine Spezifikation ASi-5 erarbeitet, freigegeben und die Entwicklung eines neuen ASi-5 Asic gestartet und finanziert. Dieser neue ASi-5-Chip wird voraussichtlich Mitte 2019 als Serienprodukt zur Verfügung stehen. Pepperl+Fuchs hat be­reits parallel zum Entwicklungsprojekt eine ­ASi-5-Addresser-Hardware entwickelt, die ­zusammen mit einer gemeinsam mit den ASi-5-­Partnern in Auftrag gegebenen ASi-5-­Adresser-App für Smartphones und Tablets eine einfache und komfortable ­Adressierung von ASi-5-Komponenten ermöglicht. Ab November 2019 können dann alle AS-i-Mitglieder die ­ASi-5-Technologie für eigene Entwicklungsprojekte nutzen.“ 


Drei Fragen an Mathias Bachmann, Produktmanager bei Bihl+Wiedemann

Mathias Bachmann, Produktmanager bei Bihl+Wiedemanopenautomation: Welche Bedeutung hat ASi-5 für die Produktwelt von Bihl+Wiedemann?

M. Bachmann: Für Bihl+Wiedemann als Unternehmen, das sich von Anfang an auf AS-Interface spezialisiert hat und über ein umfangreiches Produktportfolio verfügt, bietet die Weiterentwicklung hin zu ASi-5 Potenziale in verschiedenen Produktbereichen. Im Bereich der ASi-Gateways, wo wir heute Schnittstellen zu allen gängigen Steuerungen haben, sollen die ASi-Anwender gleich zu Beginn sowohl neue ASi-5-Produkte in ihre Anlagen integrieren wie auch bestehende ASi-3-Applikationen weiterhin nutzen können. Deshalb haben wir unser Sortiment um erste ASi-5/ASi-3-Gateways zu Profinet, Ethernet/IP und Ethercat ergänzt, mit denen das problemlos möglich ist. Durch die verkürzten Zykluszeiten und die Erhöhung der Datenbreite von ASi-5 lässt sich jetzt eine hohe E/A-Dichte im Feld noch kostengünstiger realisieren. Aus diesem Grund haben wir auch unser Portfolio an digitalen IO um mehrere leistungsfähige ASi-5-E/A-Module mit bis zu 16 Eingängen erweitert, die im Feld so manche teure Feldbus-Lösung ersetzen können. Und schließlich haben wir mit unserem ASi-5-Slave/IO-Link- Master mit vier Ports auch direkt auf die verbesserten Inte­grationsmöglichkeiten von intelligenten Sensoren in AS-Interface reagiert, deren Rolle im weiteren Verlauf der Digitalisierung mit Sicherheit an Bedeutung zunehmen wird. Diese Produkte werden wir zusammen mit unseren neuen ASi-5 Zählermodulen auf der Hannover Messe präsentieren.

openautomation: Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, um ASi-3 und ASi-5 gleichzeitig an einem Strang zu betreiben?

M. Bachmann: Bei bestehenden Anlagen muss lediglich ein ASi-5/ASi-3-Gateway eingesetzt werden. Ansonsten gibt es eigentlich keine Einschränkungen. ASi-5-Geräte lassen sich jederzeit und ohne großartige Vorbereitungen parallel zu ASi-3-Geräten in einem bestehenden oder neuen ASi-Netzwerk nutzen. Man kann also bei Bedarf auch einzelne ASi-3-Slaves durch ein ASi-5-Pendant ersetzen.

openautomation: Welche weiteren Produkte folgen?

M. Bachmann: Weit oben auf unserer Agenda stehen zum einen weitere Module mit hohem Datenaufkommen. Zum anderen arbeitet unsere Entwicklungsabteilung an weiteren ASi-5/ASi-3-Gateway-Varianten für die Einbindung von ­ASi-5 in andere Feldbusse.


Autor:

Paul Kho ist freier Journalist.

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20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Zum Schmunzeln

Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
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