Ethernet macht Druck

12. Mai 2006, 13:34 Uhr |

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die nächsten Schritte

Wenn auch der Schwerpunkt des Ether-cat-Einsatzes bei Schuler derzeit klar den Hydraulikapplikationen gilt, plant Clement Peters bereits eine Ausdehnung der Ethernet-Kommunikation auf andere Bereiche und wird konkret: „Potential sehen wir unter anderem in der Pressenverkettung. Hier versprechen wir uns, dass wir mit Ethercat in der Lage sind, einen zentralen Leitwert für eine gesamte Anlage vorzugeben und Teilkomponen-ten der Anlage wie elektrische Transfers, Bandzuführungen oder Entnahme- und Abstapeleinrichtungen darauf zu synchronisieren. Dies würde bedeuten, dass wir weg kommen von aufeinander reagierenden Systemen und somit auch einen höheren Anlagenausstoß erzielen können.“

Auf Grund der Tatsache, dass das Profiline-Steuerungskonzept trotz des Ethercat-Einsatzes derzeit nicht ohne weitere Bussysteme auskommt, lautet eine weitere Zielrichtung von Schuler, diese Systeme sukzessive durch Ethernet abzulösen. Der Grund hierfür leuchtet ein: Unabhängig von den verschiedenen Komponenten bedeuten unterschiedliche Bussysteme immer auch unterschiedliche Projektierung, Konfiguration, Inbetriebnahme. Grundvoraussetzung dafür, Ethernet als alleiniges Kommunikationssystem für die Standard-Steuerungstechnik einsetzen zu können, ist jedoch, „dass unsere Schlüssellieferanten Ethercat-fähige Komponenten liefern können“, betont Peters.

Derzeit sieht die Situation so aus, dass der Antriebslieferant von Schuler noch keine Ethercat-Schnittstelle integriert hat. Aus diesem Grund stellt Sercos Interface nach wie vor das Verbindungsglied zwischen den Achsen und der Twincat-Kommandoschnittstelle dar. Ähnlich ist die Situation hinsichtlich der Kopplung der Twincat-Steuerung mit der Sicherheitssteuerung der Presse. Hier heißt die Schnittstelle unverändert Profibus. Unter anderem diese Mankos haben Schuler dazu bewogen, der unlängst von Beckhoff ins Leben gerufenen Ethercat Technology Group – kurz ETG – beizutreten. Peters: „Wir wollen damit eine gewisse Signalwirkung an unsere Lieferanten erzielen und sie über die ETG dazu bewegen, Ethercat zu unterstützen.“

Das Ziel: konzernweit einheitliche Konzepte

Die Unterstützung durch die Komponentenlieferanten ist nur die „halbe Miete“. Daneben stellt sich zwangsläufig die Frage der Akzeptanz einer Ethernet-basierten Steuerungstechnik seitens der Kunden, sprich der Pressenanwender. Der Steuerungsexperte von Schuler gibt sich hier optimistisch: „Das Beckhoff-Steuerungssystem kommt ja innerhalb des Konzerns vorrangig bei der Profiline-Linie zum Einsatz, also mit Zielrichtung auf die Zulieferer. Dadurch, dass wir hier diese Lösung als Standard-Plattform definiert haben, haben wir es mit weniger kundenspezifischen Anpassungen zu tun. Für die Kunden schlägt sich dies natürlich positiv im Preis nieder.“

In der Automobilindustrie hingegen, wo meist sehr strenge Herstellervorgaben und Vorschriften einzuhalten sind, fällt der Umstieg auf neue Konzepte schwerer, wie Peters eingesteht. Deshalb lautet die Ausrichtung im Bereich Automotive-Line Simatic S7 für den europäischen und asiatischen Raum und Control-Logix von Rockwell für den amerikanischen Markt. Nichtsdestotrotz stünden auch bei den Automobilkunden die Chancen für die neue Steuerungstechnik nicht schlecht: „Mit Twincat in Verbindung mit Ethercat können wir zeigen, dass wir in der Lage sind, Anlagen auf einem höheren technologischen Niveau und zudem kostgünstiger zu fertigen als im Vergleich zu den konventionellen Steuerungslösungen.“

Die Zielsetzung von Schuler als Systemanbieter in der Umformtechnik lautet jedenfalls ganz klar, dass die Einzelgesellschaften auch im Bereich der Steuerungstechnik einheitlich und mit gleichen Konzepten am Markt auftreten. Im letzten Jahr gab es bereits erfolgreiche Realisierungen bei Motion-Control-Anwendungen, gemeinsame Programmierrichtlinien für die wesentlichen Steuerungsplattformen, einheitliche Komponenten und mit dem Schuler-Basic-View ein gemeinsames Visualisierungskonzept. Somit wurde an der wesentlichen Schnittstelle zum Anlagenbetreiber ein einheitliches „Look & Feel“ für die Maschinen und Anlagen des Schuler-Konzerns geschaffen.

Ebenso wie derzeit für die SPS- und Motion-Control-Applikationen Schuler-weite Funktionsbaustein-Bibliotheken kontinuierlich erweitert werden, ist eine „Control-Library“ für die hydraulische Regelungstechnik in Arbeit. In der Praxis heißt das: Ein Tischkissen von Schuler Pressen für eine mechanische Cross-bar-Transferpresse basiert dann auf denselben Bausteinen wie eine hydraulische Presse bei Schuler SMG oder bei Schuler Hydrap.

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Blick in den Steuerungs-PC: rechts die Ethercat-Klemmen, links die dezentralen E/A-Module der Sicherheitssteuerung.

 Die Ethercat-Technologie

Mit Ethercat (Ethernet for Control Automation Technology) hat Beckhoff eine Kommunikationslösung entwickelt, bei der die Ethernet-Sterntopologie durch eine einfache Linienstruktur ersetzt wird. Wahlweise kann Ethercat aber auch „klassisch“ mit Switches verkabelt werden, um weitere Ethernet-Teilnehmer zu integrieren. Der Master benötigt keine spezielle Einsteckkarte und lässt sich mit einer einfachen Schnittstelle auf beliebigen vorhandenen Ethernet-Controllern implementieren.

Aus Ethernet-Sicht ist ein Ethercat-Bus nichts anderes als ein einzelner großer Ethernet-Teilnehmer. Dieser „Teilnehmer“ empfängt und sendet Ethernet-Telegramme. Innerhalb des „Teilnehmers“ befindet sich aber kein Ethernet-Controller mit nachgeschaltetem Mikroprozessor, sondern eine Vielzahl von Ethercat-Slaves. Diese verarbeiten über eine spezielle Hardware, die Beckhoff in ein spezielles ASIC integriert, die einlaufenden Telegramme im Durchfluss, nehmen die für sie bestimmten Nutzdaten heraus beziehungsweise blenden sie ein und leiten das Telegramm an den nächsten Ethercat-Slave weiter. Der letzte Ethercat-Slave schickt das bereits vollständig verarbeitete Telegramm zurück, so dass es vom ersten Slave – quasi als Antwort-Telegramm – zur Steuerung zurückgeschickt wird. Die Telegramm-Verzögerung beträgt dabei nur wenige Nanosekunden.

Auf Grund der optimalen Nutzung der Ethernet-Bandbreite lassen sich mit Ethercat auch kleine Datenmengen effizient übertragen. Zum Beispiel können mit Ethercat 1000 beliebig verteilte digitale I/Os in 30 µs abgefragt werden – lesend und schreibend im Vollduplex. Für 200 Analogwerte werden 50 µs benötigt, 100 Achsen werden in 100 µs kontrolliert. In dieser Zeit werden alle Achsen mit Sollwerten und Steuerdaten versehen und melden ihre Istposition und ihren Status. Das Distributed-Clock- Verfahren erlaubt ein Synchronisieren der Achsen mit einer Abweichung von deutlich unter einer Mikrosekunde.

Günter Herkommer, Computer&Automation

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Bei Ethercat sind Linien- und Baumtopologien frei wähl- und kombinierbar. Die benötigten Schnittstellen befinden sich auf den Buskopplern. Die Adressvergabe der Teilnehmer erfolgt automatisch, IP-Adress-Einstellung ist überflüssig. (Bild: Beckhoff)

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