Industrie 4.0
02.04.2015

Kommunikationstechnik als Fundament für das Industrial IoT

Während weltweit der Begriff „Internet of Things (IoT)“ und hierzulande der Begriff „Industrie 4.0“ immer populärer werden, bringt HMS nun zusätzlich das „Industrial Internet of Things“ an den Start. Was dahinter steckt und welche Rolle die Kommunikationstechnik dabei spielt, erläutert Michael Volz, Geschäftsführer der HMS Industrial Networks GmbH, am Beispiel seiner 4. Anybus-Generation.

Das Industrial IoT und das Commercial IoT mit ihren unterschiedlichen Kommunikationsstandards (Quelle: HMS)

„Eines steht fest: Im Zusammenhang mit dem IoT geht nichts ohne Kommunikation“, sagt M. Volz. Dabei clustert er den übergreifenden Begriff IoT in zwei Bereiche: das Industrial IoT (IIoT) und das Commercial IoT (CIoT). In letztgenanntem fasst er Themen, wie Smart TV, Smart Home, Connected Car, Wearables usw., zusammen. Zum IIoT gehören aus seiner Sicht Smart Grid, Smart Cities, Smart Factories sowie Industrie 4.0. „Der große Gegensatz in netzwerktechnischer Hinsicht ist, dass im CIoT homogene Netze vorhanden sind: Hier herrscht die TCP/IP-basierte Kommunikation vor“, so der Experte. Im Unterschied dazu finden sich im IIot eine Vielzahl unterschiedlicher Kommunikationsstandards wieder, angefangen bei verschiedenen Feldbussystemen über unterschiedliche Industrial-Ethernet-Standards bis hin zur TCP/IP-Kommunikation. „Die Anzahl der Bussysteme hat in den vergangenen Jahren rasant zugenommen – und es kommen immer noch neue hinzu“, so M. Volz. „Das bedeutet für das IIoT, dass die hier eingesetzten Geräte weder heute noch morgen eine einheitliche Sprache sprechen werden. Damit erhält die Kommunikationsschnittstelle eine Schlüsselfunk­tion.“

Als anschauliches Beispiel führt er die sogenannte letzte Meile an, unter der in der Automatisierungstechnik die Strecke zwischen den Steuerungen, zum Beispiel SPS oder Industrie-PC, und ihren untergeordneten Feldgeräten verstanden wird. „In den Anfangszeiten der Bussysteme sind hier fast ausschließlich Prozessdaten über Feldbusse ausgetauscht worden – bei überschau­barer Datenmenge“, erinnert er. Heute böten Industrial-Ethernet-Protokolle, wie Profinet, Ethernet/IP, Ethercat und Powerlink, neue Möglichkeiten, wie die simultane Übertragung von sowohl Echtzeit-Prozessdaten als auch IT-Daten sowie sicheren E/A-Signalen über ein und dieselbe Leitung. Zudem würden integrierte 2-Port-Switche die Installation vereinfachen und die Verfügbarkeit der Anlagen dank integrierter Redundanzmechanismen erhöhen. M. Volz (Bild): „Auch wenn die für den Anwender nutzbaren Funktionen der einzelnen Bussysteme sehr ähnlich sind, haben die Busprotokolle im Detail wenig gemeinsam. Und da es den einen Standard auch in Zukunft nicht geben wird, setzen Gerätehersteller zunehmend Multiprotokollschnittstellen, wie unsere Anybus-Schnittstellen, ein. Auf diese Weise können sie ihre Geräte mit der ganzen Vielfalt der industriellen Netzwerke verbinden.“

Schnelle, flexible Lösungen gefragt

In Zukunft werden die Datenvolumina und -geschwindigkeiten noch weiter steigen und das Thema Security stärker an Bedeutung gewinnen. „Die Herausforderung für Gerätehersteller liegt insbesondere darin, alle Kommunikationsfunktionen über eine einzige leistungsfähige Kommunikationsschnittstelle abzuwickeln. Geräte, die diese Forderungen erfüllen, sind gut gerüstet für die Zukunft mit Industrie 4.0 und dem IIoT“, ist M. Volz überzeugt.

Die Experten für industrielle Kommunikation haben den Trend frühzeitig erkannt und stellen mit der vierten Generation ihrer Anybus-Kommunikationstechnologie nun eine schnelle und zugleich flexible Lösung zur Einbindung von Automatisierungsgeräten in moderne, industrielle Kommunikationsnetze vor. „Unsere Anybus-Kommunikationsschnittstellen der 4. Generation, die sogenannte 40er-Serie, unterstützen über eine einzige Kommunikationsschnittstelle schnelle Realtime-Ethernet-Protokolle, wie Profinet IRT, Ethernet/IP, Ethercat oder Powerlink, und führen darüber hinaus – quasi ­simultan – auch IT-Funktionen, wie Zugriffe auf geräteinterne Webseiten, durch oder übertragen Diagnose- und Qualitätssicherungsdaten über TCP/IP-basierte IT-Protokolle“, erklärt M. Volz. An einem CIoT-Beispiel verdeutlicht er: „Ähnlich wie HD-ready-Fernseher werden Automatisierungsgeräte mit Anybus-Kommunika­tionstechnik der 4. Generation sozusagen ,IIoT-ready‘.“

Die Gen4 im Detail

Die Anybus-Compactcom-40er-Serie unterstützt alle gängigen industriellen Netzwerke, eignet sich aber insbesondere für Industrial Ethernet im High-End-Bereich, also für TCP/IP-basierte Applikationen mit großen Daten­mengen sowie für Feldbusanwendungen mit schnellen Netzwerkzyklen. Sie basieren auf dem von HMS entwickelten Anybus-NP40-Multiprotokoll-Chip und sind als Embedded-Modul-, Brick- oder Chip-Lösung verfügbar. „Da die 40er-Serie praktisch ,Null Verzögerung‘ zwischen Applikation und Netzwerk hat, ist sie hervorragend für hoch performante, taktsynchrone Applika­tionen wie Servoantriebe geeignet“, so der Experte.

Die Anybus-Compactcom-40er-Serie in den Formfaktoren Chip, Brick und Embedded-Modul; diese 4. Generation der Anybus-Lösungen ist „IIoT-ready“

 

Weiter führt er an: „Egal, für welche Bauform man sich entscheidet, die Softwareschnittstelle zwischen dem Anybus-Kommunikations-Interface und dem Applika­tionsprogramm des Automatisierungsgeräts ist immer gleich und weitgehend unabhängig vom jeweils eingesetzten Busprotokoll.“ Bei der vierten Generation der Anybus-Technologie wurde die standardisierte Anybus-Softwareschnittstelle nochmals hinsichtlich Datendurchsatz, Netzwerkunabhängigkeit und Einfachheit der Integration in die Gerätesoftware optimiert. „Durch zwei klar getrennte und voneinander unabhängige Kanäle wird dem Thema Security bereits auf unterster Ebene Rechnung getragen. Für die taktsynchrone Übertragung der E/A-Daten wird der dreifach gepufferte Prozess­datenkanal verwendet. IT-Funktionen und Parameter werden über einen Messaging-Kanal mit bis zu 1.524 Byte großen Datenbereichen übertragen“, erläutert M. Volz.

Drei Formfaktoren für unterschiedliche Kundenanforderungen

Mit den drei Formfaktoren, als Embedded-Modul, Brick oder Chip, deckt HMS die unterschiedlichen Kundenanforderungen optimal ab. „Mit dem einbaufertigen, in sich gekapselten Kommunikationsmodul kommen Gerätehersteller am schnellsten zum Ziel“, informiert der Geschäftsführer. Bei diesem ist die komplette Hard- und Software der Kommunikationsschnittstelle einschließlich der Steckverbinder auf einem kompakten Elektronikmodul integriert. Dies wird dann in einen entsprechend vorbereiteten Steckplatz im Automatisierungsgerät eingesteckt. „Mehr Freiheitsgrade bei der Auswahl der Steckverbinder und der Positionierung des Moduls im Automatisierungsgerät haben Entwickler, die das Brick-Modul verwenden“, sagt M.?Volz und fügt für die dritte Variante an: „Hersteller, die ihre Geräte in sehr hohen Stückzahlen fertigen und daher oft auf Modularität verzichten, können schließlich auch den Anybus-NP40-Chip nebst Softwarestacks lizenzieren. Auf diese Weise integrieren sie die Anybus-Kerntechnologie nahtlos in ihre Geräteelektronik.“ Abschließend weist er noch darauf hin, dass es HMS Solution Center gibt, die individuelle Ausführungen nach Kundenanforderung realisieren.

Fazit

„In der Welt der Industrie-Kommunikation wird es immer Neuerungen geben – aber auch langlebige, optimal auf eine spezielle Lösung ausgerichtete Bussysteme. Für eine zukunftssichere Investition ist daher vor allem eine breite Vielfalt an Kommunikationstechnik wichtig, um Zukunft und Vergangenheit zu verknüpfen“, betont M. Volz. Er weist aber auch darauf hin, dass der Schritt zu Industrie 4.0 noch mehr fordere: „Teamwork ist gefragt: Kommunikation über die Grenzen der Bussysteme hinweg und schnelle Einbindung in Systeme, die die eigentliche Produktion und Planungsebene optimal koordinieren.“ In diesem Zusammenhang sieht er den Weg der skalierbaren Leistungsauswahl mit einer flexiblen Kommunikationsschnittstelle, wie sie die Anybus-Compactcom-40er-Serie bietet, als optimal an. Als konkreten Nutzen fügt M. Volz an: „Gerätehersteller sind mit unseren Anybus-Modulen für die weitaus höheren ­Anforderungen der Zukunft gerüstet und sparen im Vergleich zu Eigenentwicklungen bis zu 70 % der Entwicklungskosten. Außerdem sinkt die Time-to-Market beträchtlich“.

www.anybus.de

 

 

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