Industrielle Kommunikation EtherCAT ermöglicht Industrie 4.0

Die stetig steigenden Anforderungen in der Automatisierungstechnik lassen sich nur noch PC-gestützt umsetzen. Dabei setzt Windows als bevorzugtes OS ein performantes Echtzeitsystem voraus. EtherCAT bietet die nötige Skalierbarkeit, um Konzepte wie »Industrie 4.0« und »Smart Factory« zu realisieren.

Nach Unterlagen von Kithara Software.

Schon heute sind viele automatisierte Anlagen technologisch wegweisende Projekte, mit denen sich mechanische und informationstechnische Vorgänge hochgradig effizient, sicher und qualitätsoptimiert durchführen lassen, und doch steigen Automatisierungsgrad und Leistungspotenzial stetig weiter. Um die Wettbewerbsfähigkeit beispielsweise von automatisierten Produktionsanlagen auch in Zukunft zu erhalten, müssen Hersteller noch schneller auf Änderungen des Marktes sowie auf individuelle Kundenbedürfnisse eingehen können. Allgemein sind diese Anforderungen und deren Lösungsansätze im Konzept »Industrie 4.0« zusammengefasst, das die Umsetzung unabhängig funktionierender Fabriken verfolgt, die mit Anbindung an erweiterte Informationssysteme eigenständig auf sich ändernde Bedingungen reagieren.

Allein durch eine Vielzahl verwendbarer Softwareprotokolle und Hardwarekomponenten, welche einzeln optimal auf individuelle Funktionen spezialisiert sind (z.B. digitale oder analoge I/O-Klemmen, Servo-Verstärker, etc.), besitzt EtherCAT bereits einen hohen Grad an Flexibilität und Spezialisierung. Das Zugriffsverfahren der EtherCAT-Komponenten funktioniert wie bei vielen anderen verbreiteten Bussystemen nach dem Master/Slave-Prinzip. Bei EtherCAT-Netzwerken wird dabei ein PC-basierter Master eingesetzt, der mit den verschiedenen Hardware-Slaves per Standard-Ethernet-Frames kommuniziert, wobei Informationen bereits während des Zyklus-Durchlaufs ausgetauscht und verarbeitet werden.

Durch die von Ethernet bekannte Voll-Duplex-Kommunikation sind fast alle Topologien (Linie, Baum, Ring, Stern) einsetzbar und lassen sich somit auf die meisten Aufgaben und Projekte individuell anpassen. Zudem sind dank Hot-Connect-Feature individuelle Maschinensegmente innerhalb eines EtherCAT-Systems modular einsetzbar, um Zeiten für Wartung, Austausch und Inbetriebnahme zu minimieren.

Trotz dieser universellen Anwendbarkeit und Flexibilität existieren bereits verschiedene Ansätze zur fortgeschrittenen inneren und äußeren topologischen Erweiterung. Sie zielen darauf ab, EtherCAT-Lösungen auch darüber hinaus adaptiv und zugänglich für neue Funktionen zu machen. Zum einen eröffnet der Einsatz von PCs als EtherCAT-Slaves das Potenzial zur erhöhten Skalierbarkeit und zur verbesserten Gliederung von EtherCAT-Topologien. Zum anderen erlaubt die Verwendung des »EtherCAT Automation Protocol« (EAP) die vertikale Integration höherer Unternehmensebenen in den Automatisierungsprozess. Damit kommt man einer vollständigen dezentralen Anlagenvernetzung einen Schritt näher (Bild 1).