Single-Pair-Ethernet: Systemeinführungen in verschiedene Szenarien

SPE in der Prozess- und Fabrikautomation

Systemeinführungen in der Prozessautomatisierung

Während die Netzwerke der Fabrikautomation heutzutage größtenteils auf Ethernet-Standards basieren, ist die Einführung von Ethernet in der Prozessautomatisierung noch im Gange. Die Namur Open Architecture (NOA), die ein Konzept zur Kommunikation zwischen allen Schichten und der Cloud definiert, adressiert und ermöglicht Business-Modelle für die Industrie 4.0 und das Industrial Internet of Things. Ein Paper von Namur benannte IP-Netzwerke mit Ethernet als die zukünftigen Netzwerke der Prozessautomatisierung. Die FieldComm Group tat sich mit PI und OVDA zusammen und trieb den Fortschritt in IEEE stark voran. Gemeinsam bestimmten sie zudem ihre Systemanforderungen für eine schnelle Feldeinführung von SPE.

 

Implementierungsszenario von Ethernet-APL in der Prozessindustrie (Quelle: FieldComm Group 2019)
Implementierungsszenario von Ethernet-APL in der Prozessindustrie (Quelle: FieldComm Group 2019) - zum Vergrößern anklicken

Das Bild zeigt die unterschiedlichen Bereiche einer Prozessanlage, um die verschiedenen Stufen von Eigensicherheit und schleifen- oder anders gespeiste Geräte in Gefahrenzonen wie Zone 0 zu veranschaulichen. Das Netzwerk selbst nutzt die bekannte Trunk-and-Spur-Topologie, die bis zu 50 Geräte mit jeweils maximal 500mA versorgen kann. Vorhandene Kabel und Installationen können wiederverwendet werden, was den Aufwand für Systemdesign und die Integrationszeit reduziert. Darum legt die Prozessindustrie den Fokus auf das kontinuierliche Ersetzen vorhandener Feldbus-Installationen durch APL.

 

Systemeinführungen in der Fabrikautomation

Im Gegensatz zur Prozessindustrie dominiert das industrielle Ethernet in der Fabrikautomation. Dadurch reduzieren sich die Nutzungsargumente von SPE aus der Prozessautomatisierung auf den geringeren Platzbedarf, leichteres Kabelgewicht, längere Kabel, eine robustere und einfachere Installation und Wartung durch eine einheitliche Werkzeugumgebung.

Wie lassen sich diese Vorzüge nun auf bestehende IP-basierte Netzwerke übertragen, die bereits viele der aktuellen datengetriebenen Geschäftsmodelle ermöglichen? Eine facettenreiche Herausforderung. Einige Industrial-Ethernet-Standards verfügen beispielsweise nicht über eine Übertragungsgeschwindigkeit von 10Mbit oder haben sie gerade erst integriert.

Seit 2007 stimmen bereits einige Sensorhersteller - Haupttreiber in APL für die Prozessautomatisierung - ihre Anforderungen auf den IO-Link-Standard ab. IO-Link unterstützt Parametrisierung, Diagnostik und die vollständige Integration in "Industrie 4.0"-Ökosysteme. Ein Transport von IO-Link-Frames über 1000m SPE würde das frühere Punkt-zu-Punkt-Sensornetzwerk jedoch in eine Art Feldbus wandeln. Ein Positionierungsgespräch soll Verwechslungen aufklären und vermeiden. Trotz dieser technischen Aspekte stellt sich der Fabrikautomation die grundlegende Frage: In welchen Fällen bringt SPE Vorteile? Verschiedene Gruppen in PI, OVDA und IO-Link-Organisationen diskutieren und untersuchen derzeit diese Anwendungsfälle und mögliche Integrationsszenarien in das Feld. Das IO-Link-Konsortium veröffentlichte ein Whitepaper mit mehreren Beispielen für Einsatzszenarien (IO-Link Consortium, 2020), das einige Beispielinstallationen im Brownfield aufgreift:

SPE-Installation in IO-Link-Ökosysteme (source: IO-Link Consortium 2020)
SPE-Installation in IO-Link-Ökosysteme (source: IO-Link Consortium 2020) - zum Vergrößern anklicken

Das obige Beispiel erlaubt die Einbindung eines IP67-SPE-Masters in eine bestehende Installation von IO-Link- und binären Sensoren und Geräten. Das Whitepaper schlägt SPE hauptsächlich als Transportmittel für IO-Link-Frames vor.

Integration von IO-Link-Daten in Ethernet-Hardware und -Datagramme (source: IO-Link Consortium 2020)
Integration von IO-Link-Daten in Ethernet-Hardware und -Datagramme (source: IO-Link Consortium 2020) - zum Vergrößern anklicken

Ein softwarebasierter Ethernet-zu-IO-Link-Adapter ermöglicht durch die Erhaltung vorhandener Infrastrukturen und Installationen, das Datenformat beizubehalten und eine erweiterte Range und andere SPE-Vorzüge zu nutzen.

Hilscher beteiligt sich an mehreren PI-Arbeitsgruppen, um zum Diskurs von SPE für PROFINET beizutragen. Wir gehören ebenfalls zur IO-Link-Arbeitsgruppe, die die Vorzüge und Herausforderungen für eine komplementäre Integration beider Standards in das Feld untersucht. Im IEEE engagieren wir uns zum 802.3cg-Standard und sind Teil der OVDA-Diskussion über SPE. Unser Ziel ist es, mit dem Bau eines Migrationspfades den Aufwand der SPE-Integration in bestehende Systeme zu verringern, und dabei mit unserer Kommunikationskompetenz und unseren Produkten zu unterstützen.

Vielen Dank, dass Sie unseren dritten Teil gelesen haben. Als nächstes: Teil 4 - Marktpotenzial und Hilschers Vorgehen

Lesen Sie hier den ersten Teil: Teil 1 - Single-Pair-Ethernet: Eine Einführung

Lesen Sie hier den zweiten Teil: Teil 2: Single-Pair-Ethernet: Einsatz und Eigenschaften

Lesen Sie hier den nächsten Teil: Teil 4: Single-Pair-Ethernet: Marktpotenzial and Hilschers Vorgehen