Gastkommentar: Industrie 4.0
Zukunftsfähige Schnittstellen
Fehlende Schnittstellen und zu geringe Datenraten behindern Industrie 4.0. Statt alles neu zu bauen, werden künftig leistungsfähige Schnittstellen nachgerüstet, prognostiziert Keith Ogboenyiya, Vice President und General Manager des Geschäftsbereichs Schnittstellen-ICs bei Texas Instruments.
IoT-Geräte werden die Fähigkeit haben, in Echtzeit Daten zu teilen, sie zu interpretieren und sich auf sie einzustellen. Das Resultat sind erweiterte Erkenntnisse, mit denen sich die Effizienz und die Produktivität optimieren lassen. Getrieben durch Industrial IoT und Industrie 4.0, setzt die Welt der industriellen Automatisierungstechnik diese Fortschritte ein, um in großem Umfang Geräte, Maschinen und Menschen in der Fabrik zu vernetzen.
Für die smarten Fabriken der Zukunft, statten Ingenieure traditionelle Industriesysteme mit Kommunikationsschnittstellen aus, wobei sie die Herausforderungen auf der Systemebene mit Funk- und leitungsgebundenen Schnittstellen bewältigen. So bedeutsam die Sensor-to-Cloud-Verbindung auch sein mag, gibt es doch auch einen wachsenden Trend zur Implementierung innovativer, leitungsgebundener Kommunikationssysteme in Gebäuden und smarten Fabriken.
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Die gängigen Schnittstellen sind am Limit
Traditionell nutzen Ingenieure in der Industrie vielfach die leitungsgebundene Kommunikation, z.B. 4-20-mA-Stromschleife oder RS-485, die auch weiterhin verbreitet eingesetzt werden wird.
Für bestehende Systeme und Anwendungen, die hoher Zahl produziert werden, bieten Halbleiterhersteller eine große Auswahl an RS-485-Transceivern mit verbesserter Störfestigkeit gegen elektromagnetische Interferenzen, kleineren Abmessungen und der Fähigkeit höheren Spannungsspitzen und elektrostatischen Entladungen zu widerstehen. So auch Texas Instruments. Inzwischen allerdings streben Ingenieure den Bau von Systemen an, die mit höheren Datenraten kommunizieren, als sie von RS-485 unterstützt werden.
Industrial Ethernet und IO-Link ergänzen sich
Für die neue Generation smarter Fabriken überarbeiten Ingenieure die einst mechanischen oder elektromechanischen Systeme. Sie rüsten sie mit verbesserten, zukunftssicheren Schnittstellen für die leitungsgebundene Kommunikation nach, wie zum Beispiel Ethernet oder IO-Link. Halbleiterhersteller wie Texas Instruments unterstützen diesen Trend und haben industrietaugliche Ethernet-Transceiver-ICs (PHY) entwickelt, für die Glasfaser-, Kupfer- und Gigabit-Ethernet-Kommunikation.
Die wachsende Popularität der Industrial-Ethernet-Protokolle ist ihrer großen Datenübertragungsrate, ihren langen Übertragungsstrecken, ihrer geringen Latenz und ihrer deterministischen Datenzustellung zu verdanken. Bei Sensoren und Aktoren ist Ethernet häufig betriebssicherer und leistungsfähiger als nötig, denn oftmals benötigen diese Systeme nur eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation und stellen meist nur geringe Anforderungen an die Datenübertragungsrate.
Eine innovative Alternative stellt hier IO-Link dar, ein bidirektionales Kommunikationsprotokoll auf der Basis standardmäßiger Kabel und physischer Verbindungen. IO-Link leitet die Daten auf effiziente Weise aus der Fertigungshalle an die speicherprogrammierbaren Steuerungen weiter, bietet eine bessere Unterstützung bei der Installation, der Diagnose und der Instandhaltung – und ergänzt die bestehenden Feldbus-Verkabelungen.
Zuverlässige Funktion trotz rauer Industrieumgebung
Hinsichtlich der elektromagnetischen Störaussendungen sind Industrie-4.0-Systeme besser an ihre Umgebungen angepasst. Dafür erfordern sie aber eine wirkungsvollere Isolation, die vor hohen Spannungsspitzen und vor elektrostatischen Entladungen zuverlässig schützt. Die kapazitiven digitalen Koppler von TI zum Beispiel ermöglichen die industrieweit höchsten Isolationswerte und bieten die beste Langzeit-Zuverlässigkeit für einen robusten und zuverlässigen Betrieb.
Smarte Fabriken brauchen leistungsfähige Schnittstellen
Wenn Entwickler ausloten, wie sie ihre industriellen Systeme am besten für die Zukunft rüsten können, indem sie die leitungsgebundene Kommunikation für höhere Übertragungsraten und größere Distanzen weiterentwickeln, können sie durch die Implementierung von Ethernet- und IO-Link-Schnittstellen erhebliche Verbesserungen erzielen. Mit der wachsenden Verbreitung smarter Systeme und Fabriken wird der Einsatz leitungsgebundener Schnittstellen zur Vernetzung also weiter zunehmen.
Keith Ogboenyiya, B. Sc.
ist Vice President und General Manager des Geschäftsbereichs Interface Products bei Texas Instruments. Sein Team ist dort für Entwicklung, Produktion und Vermarktung der Schnittstellen-ICs für die leitungsgebundene Kommunikation mit Transceivern und Kopplern zur Hochspannungsisolation sowie analogen Schaltern und Multiplexern zuständig. Neben Elektrotechnik, Bachelor-Abschluss des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech), hat Ogboenyiya auch Mathematik (Bachelor) am Morehouse College studiert.
Texas Instruments auf der electronica 2018: Halle C4 Stand 131
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