Ethernet oder ASi-5?
Zielgenaue Alternative für die Feldebene
Industrial Ethernet ist in der Fertigungswelt mittlerweile weit verbreitet. Doch entsprechende Kommunikationslösungen bringen dem Anwender nicht nur Vorteile - gerade auf der Feldebene. Netzwerkkomponenten mit eigenem Ethernetanschluss sind in der Regel verhältnismäßig teuer. Integration, Anbindung und Verdrahtung sind aufwendig. Zudem sollten anwendungsspezifische Kabel, Stecker und Switches vorkonfektioniert bereit liegen. Anders verhält es sich hier beim Einsatz der neuen AS-Interface-Generation ASi-5. Die Feldmodule sind günstig, die Topologie frei wählbar und die Verdrahtung einfach, schnell und kosteneffizient.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbH
Bild: Bihl+Wiedemann GmbHInnovationen können sich nur dann durchsetzen, wenn sie bisherige Beschränkungen aufheben, neuen Nutzen stiften, Prozesse vereinfachen oder Kosten senken. Und wenn sie verfügbar sind - so wie bei ASi-5, dem Feldbus-Standard für die untere Automatisierungsebene. Allein Bihl+Wiedemann bietet bereits mehr als 70 ASi-5-Produkte an - von ASi-5/ASi-3-Gateways für eine Vielzahl von Feldbusumgebungen über selbstkonfigurierende digitale I/O-Module bis hin zu einem 1-Port IO-Link Master. Ein breites, fein abgestuftes Portfolio, das passende und zukunftssichere Automatisierungslösungen ermöglicht.
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Bild: Bihl+Wiedemann GmbHGegenwart statt Zukunftsmusik
Spätestens mit der zunehmenden Digitalisierung im Maschinen- und Anlagenbau sowie dem Vordringen intelligenter Sensoren und Aktuatoren ist in vielen Bereichen der Bedarf an einer leistungsfähigen Infrastruktur gewachsen. Mehr Geschwindigkeit und größere Datenbreite waren daher elementare Entwicklungsziele bei ASi-5. In ihrer Leistung, das zeigen die ersten knapp drei Jahre der Technologie am Markt, deckt die neue AS-Interface-Generation die Anforderungen an die Netzwerkintegration der allermeisten Feldgeräte ab. Damit stellt ASi-5 immer dort eine Alternative zu Ethernet-Lösungen dar, wo diese zu aufwendig und zu teuer sind. Zudem ist Ethernet von der Übertragungs-Performance her für einen großen Teil an Feldgeräten überdimensioniert - wenn nicht gerade extrem viele Daten an einzelnen Stellen im Feld übertragen werden müssen, etwa in Verbindung mit einem HMI oder einer Kamera. Natürlich wird auch im Ethernet-Bereich viel in Richtung günstigerer Alternativen gearbeitet, aber bis wann die Lücke zwischen Steuerungs- und Feldebene auch produkttechnisch geschlossen und so durchgängige Kommunikation geschaffen werden kann, ist, Stand heute, noch nicht absehbar.
Mit ASi-5 ist dagegen heute schon so einiges möglich, zumal der Standard den Kinderschuhen entwachsen ist und intensiv im Feld getestet wurde. Er hat sich in verschiedenen Applikationen als valide Alternative zu Ethernet etabliert, wie etwa Praxisbeispiele aus der Intralogistik zeigen. Lager- und Materialflusstechnik, Förder- und Sortieranlagen, Shuttle-Systeme, Kommissioniersysteme, Regalbediengeräte, FTS- und Krantechnik - Anlagen, Maschinen und Systeme wie diese, die früher z.B. um Profinet nicht herumkamen, lassen sich unkompliziert mit ASi-5 ausrüsten. Die Anwendungen profitieren von einer schlanken, leichten und leistungsstarken Infrastruktur für den Datenverkehr und die Energieversorgung im Netzwerk, die bei Bedarf ohne großen Aufwand und flexibel an neue Erfordernisse adaptiert werden kann. Die von Ethernet gewohnte Funktionalität und Diagnosetiefe stehen bei ASi-5 ebenfalls zur Verfügung.
Hauptgrund für den Erfolg von ASi generell war und ist die einfache Verdrahtung - ohne Stecker, ohne vorkonfektionierte Kabel, ohne besonderen Planungsaufwand im Vorfeld, ohne große Logistik im Lager und auf der Baustelle. Das ASi-Kabel kommt von der Rolle und kann passend abgelängt werden. Das vermeidet unnötige Kabelstrecken. Die Module werden mit Durchdringungstechnik angeschlossen - senkrecht geführte Nadeln dringen in das Profilkabel ein und gewährleisten so eine sichere Kontaktierung. Extra Steckverbinder und zusätzliche Switche sind nicht nötig.
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Bild: Bihl+Wiedemann GmbHVorteile im Feld
Was aber kann ASi-5 besser als verfügbare Ethernet-Lösungen in der Feldebene? Hier gibt es verschieden Punkte: So bedient ein Webserver - integriert in das Gateway - gleichzeitig bis zu zwei ASi-Kreise mit jeweils bis zu 96 ASi-Modulen, an die ihrerseits unterschiedliche Komponenten wie IO-Link Devices, Sensoren, Aktuatoren, Ventile oder Antriebe angeschlossen werden können. Während bei Ethernet jedes Gerät einen eigenen Netzwerkanschluss benötigt, reicht bei ASi-5 nur ein Anschluss, eine IP-Adresse und eine IP-Konfiguration aus. Außerdem kommen die angeschlossenen Teilnehmer ohne teure Elektronik für eine integrierte Ethernet-Schnittstelle aus, was sie in der Regel deutlich kostengünstiger macht. All dies spart an Kosten für Hardware und Inbetriebnahme - zumal ASi-5 softwareseitig auch Funktionen wie eine automatische Konfiguration, eine automatische Geräteerkennung, eine Übersicht über alle Geräte im Feldbus sowie differenzierte Diagnosemöglichkeiten mit klaren Hilfestellungen bietet. Im Betrieb gewährleistet der schnelle, redundante Datenaustausch mit den Feldgeräten damit eine robuste Maschinen-Performance.
Sichere Konnektivität in höhere Ebenen
Als Verdrahtungssystem und Schnittstelle für die unterste Feldebene bietet ASi-5 eine einfache und sichere Anbindung an die 'Welt darüber' - also an SPSen und damit auch in gängige Feldbusumgebungen wie Profinet, Ethernet/IP, Ethercat, Powerlink oder Sercos. Zusätzlich an Bord als direkte MES-ERP-Schnittstelle ist der Kommunikations- und Schnittstellenstandard OPC UA, etwa für Produktionsplanung oder Condition Monitoring über die Cloud. Er ist hersteller- und plattformunabhängig, kann gut mit den genannten Netzwerkstandards kombiniert werden und unterstützt umfangreiche Sicherheitsmechanismen. So erhält der Anwender mit den ASi-5/ASi-3-Gateways von Bihl+Wiedemann vollumfängliche Datensicherheit nach außen. Hinzu kommen funktionale sowie passive Sicherheit bis SIL3 und PLe - also für den Schutz von Personen in der Anlage.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbH
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Bild: Bihl+Wiedemann GmbHPraxiseinsatz im Palettierer
Das Interessante ist, dass ASi-5 jetzt in Applikationen vordringt, die bislang - mangels geeigneter Alternativen - eine Ethernet-Domäne waren. Das zeigt das Beispiel eines mit ASi-5 ausgestatteten Palettierers. In der Maschine verbaut sind insgesamt 92 digitale Sensorsignale zur Erkennung von Objekten, eine IO-Link-Ventilinsel mit 24 Ventilen, neun Rollenbahnenantriebe, ein Sicherheitslichtgitter, zwei Nothalt-Taster, zwei IO-Link-Signalleuchten und ein IO-Link-Höhenabtastsensor. Um diese Geräte über Ethernet zu vernetzen, wären mindestens folgende Module - jeweils mit separater Ethernet-Schnittstelle - notwendig gewesen: ein Ethernet IO-Link Master mit acht Ports, acht Ethernet-I/O-Module und ein Safety-Modul mit acht Ports sowie langen Kabeln zum Lichtgitter und zu den zwei Nothalt-Tastern. Dem Maschinenbauer wären damit nicht nur Kosten für zehn im Zweifel überdimensionierte Module, sondern auch für zehn individuelle Ethernet-Anschaltungen entstanden - wobei einige Safety Ports und IO-Link Ports ungenutzt geblieben wären. Zudem hätte der Inbetriebnehmer mit unterschiedlichen herstellerspezifischen Tools arbeiten müssen - eine zusätzliche Erschwernis, die viel Knowhow verlangt.
ASi-5 benötigt dagegen keine separaten Anschaltungen der Module - die Ethernet-Anbindung der gesamten Applikation erfolgt über eine einzige Schnittstelle im ASi-5/ASi-3-Feldbus Gateway. Die Komponenten sind zudem preisgünstiger und mit deutlich weniger Verdrahtungsaufwand installierbar. Schließlich gestaltet sich auch die Inbetriebnahme wesentlich einfacher - z.B. weil eben nur eine IP-Adresse konfiguriert werden muss und die Software-Suite von Bihl+Wiedemann verschiedene Funktionen bei der Einrichtung des Netzwerks automatisch übernimmt. Folglich wurde der Palettierer mit einem ASi-5/ASi-3-Feldbus-Gateway mit integriertem Sicherheitsmonitor, acht ASi-5-I/O-Modulen, zwei ASi-Safety-Modulen sowie einem ASi-5-Modul mit vier integrierten IO-Link-Master-Ports ausgestattet. All diese Geräte wurden per Durchdringungstechnik einfach an das ASi-Profilkabel angeschlossen. Spezielle Kabel und teure T-Stücke waren dafür nicht nötig. So wurden auch hier Kosten eingespart.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbHSmart auf der Feldebene
Die vorgestellte Applikation zeigt: Das breite Produktportfolio von Bihl+Wiedemann bietet schon heute die Möglichkeit, viele Ethernet-Module in der Feldebene ohne Funktions- oder Sicherheitseinbußen durch ASi-5 zu ersetzen. Dazu tragen auch die neuen, selbstkonfigurierenden I/O-Module mit kurzer Zykluszeit und kanalspezifischen Diagnosemöglichkeiten bei. Auch sie bieten gegenüber Ethernet den Vorteil einer deutlich einfacheren und günstigeren Verdrahtung. Ebenso die ASi-5-Module mit integriertem IO-Link Master: Sie sind kompakt, fein abgestuft in der Anzahl der Ports und damit in der Regel günstiger als ethernetbasierte Module. In vielen Fällen sind auch Industrie-4.0-Themen mit ASi-5 leichter und smarter realisierbar. Denn zum einen war die effiziente Einbindung von IO-Link Devices von Anfang an zentraler Bestandteil bei der Entwicklung. Zum anderen ist mit dem OPC UA Server, den Bihl+Wiedemann in seine Feldbus-Gateways integriert hat, eine zukunftssichere Schnittstelle in die IT-Ebene standardmäßig mit an Bord.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbHBild: Bihl+Wiedemann GmbHBild: Bihl+Wiedemann GmbHBild: Bihl+Wiedemann GmbHGegenwart statt Zukunftsmusik
Spätestens mit der zunehmenden Digitalisierung im Maschinen- und Anlagenbau sowie dem Vordringen intelligenter Sensoren und Aktuatoren ist in vielen Bereichen der Bedarf an einer leistungsfähigen Infrastruktur gewachsen. Mehr Geschwindigkeit und größere Datenbreite waren daher elementare Entwicklungsziele bei ASi-5. In ihrer Leistung, das zeigen die ersten knapp drei Jahre der Technologie am Markt, deckt die neue AS-Interface-Generation die Anforderungen an die Netzwerkintegration der allermeisten Feldgeräte ab. Damit stellt ASi-5 immer dort eine Alternative zu Ethernet-Lösungen dar, wo diese zu aufwendig und zu teuer sind. Zudem ist Ethernet von der Übertragungs-Performance her für einen großen Teil an Feldgeräten überdimensioniert - wenn nicht gerade extrem viele Daten an einzelnen Stellen im Feld übertragen werden müssen, etwa in Verbindung mit einem HMI oder einer Kamera. Natürlich wird auch im Ethernet-Bereich viel in Richtung günstigerer Alternativen gearbeitet, aber bis wann die Lücke zwischen Steuerungs- und Feldebene auch produkttechnisch geschlossen und so durchgängige Kommunikation geschaffen werden kann, ist, Stand heute, noch nicht absehbar.
Mit ASi-5 ist dagegen heute schon so einiges möglich, zumal der Standard den Kinderschuhen entwachsen ist und intensiv im Feld getestet wurde. Er hat sich in verschiedenen Applikationen als valide Alternative zu Ethernet etabliert, wie etwa Praxisbeispiele aus der Intralogistik zeigen. Lager- und Materialflusstechnik, Förder- und Sortieranlagen, Shuttle-Systeme, Kommissioniersysteme, Regalbediengeräte, FTS- und Krantechnik - Anlagen, Maschinen und Systeme wie diese, die früher z.B. um Profinet nicht herumkamen, lassen sich unkompliziert mit ASi-5 ausrüsten. Die Anwendungen profitieren von einer schlanken, leichten und leistungsstarken Infrastruktur für den Datenverkehr und die Energieversorgung im Netzwerk, die bei Bedarf ohne großen Aufwand und flexibel an neue Erfordernisse adaptiert werden kann. Die von Ethernet gewohnte Funktionalität und Diagnosetiefe stehen bei ASi-5 ebenfalls zur Verfügung.
Hauptgrund für den Erfolg von ASi generell war und ist die einfache Verdrahtung - ohne Stecker, ohne vorkonfektionierte Kabel, ohne besonderen Planungsaufwand im Vorfeld, ohne große Logistik im Lager und auf der Baustelle. Das ASi-Kabel kommt von der Rolle und kann passend abgelängt werden. Das vermeidet unnötige Kabelstrecken. Die Module werden mit Durchdringungstechnik angeschlossen - senkrecht geführte Nadeln dringen in das Profilkabel ein und gewährleisten so eine sichere Kontaktierung. Extra Steckverbinder und zusätzliche Switche sind nicht nötig.
Bihl+Wiedemann GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 6 (Juni) 2021 - 23.06.21.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
