Expertenbeitrag

 Oliver Merget

Oliver Merget

I/O-Modul in IP67 Zeit und Kosten mit dezentralen I/O-Lösungen sparen

Autor / Redakteur: Oliver Merget / Sariana Kunze

Die Datenübergabe für intelligente Produktionsprozesse zwischen zwei Netzwerken direkt im Feld, das macht das IP67-Block-I/O-Modul von Turck möglich. Dabei ersetzt der TBEN-L-Spanner das letzte I/O-Modul einer Maschine und fungiert als erster Slave für die nächste Steuerung einer Fertigungslinie.

Firmen zum Thema

Der Ethernet-Spanner von Turck verbindet durch die Multiprotokoll-Technologie Welten im Feld.
Der Ethernet-Spanner von Turck verbindet durch die Multiprotokoll-Technologie Welten im Feld.
(Bild: ©paylessimages - stock.adobe.com)

Dezentrale I/O-Lösungen werden im Hinblick auf moderne Automatisierungs- und Maschinenkonzepte, die zunehmend modular aufgebaut sind, immer interessanter. Der Trend bewegt sich weg vom Schaltschrank hin ins Feld. Wenn robuste I/O-Technik in Schutzart IP67 eingesetzt wird, führen Anwender die Leitungen der Feldgeräte direkt im Feld auf ein I/O-Modul, das per Feldbus die Signale gesammelt zum Schaltschrank führt. Im Vergleich zur Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung spart der Anwender Kosten für die Anschlusstechnik und die Verdrahtung. Dadurch ergibt sich auch ein Zeitvorteil beim Aufbau der Maschine. Statt viele einzelne Leitungen zum Schaltschrank zu führen, reichen bei Feldbus- oder Ethernet-Systemen in der Regel eine Kommunikationsleitung und eine Spannungsversorgung aus, um die I/O-Ebene an die Steuerung anzubinden. Die Peripherie kann dann schon vorab beim Maschinenbauer mit der dezentralen I/O-Technik verdrahtet werden und bildet so den modularen Maschinenbau konsequent ab. Die dezentrale Architektur punktet am höchsten, wenn sie lückenlos umgesetzt werden kann, wenn also im Idealfall gar kein separater Schaltschrank mehr eingesetzt werden muss. Neben der I/O-Technik bietet Turck mit TBEN-L-PLC auch Steuerungstechnik in IP67 und den TBEN-L-Spanner. In seiner Funktion als beidseitiger Slave tauscht der Spanner Daten bidirektional von Master zu Master aus.

Bildergalerie

Datentransfer zwischen fremden Maschinen

In Fertigungsketten der Fabrikautomation sind Anlagenteile verschiedener Hersteller im Einsatz. Große Kunden können oft den Einbau einer bestimmten Steuerung fordern, kleinere bekommen von den Zulieferern zwar die Anlagenteile geliefert, die sie brauchen, allerdings sind diese meist mit Steuerungen verschiedener Herstellern ausgerüstet. Und selbst bei den großen Automobilherstellern kann es vorkommen, dass sie aufgrund ihrer internationalen Struktur und Produktion auf Fertigungslinien produzieren, die aus Maschinen unterschiedlicher Steuerungshersteller bestehen. Bislang war der Datentransfer zwischen den Maschinen einer solchen Linie häufig via E/A-Kopplung auf wenige Bit beschränkt. Dafür ließen sich leicht Schnittstellen einrichten. Mit dem Wandel zu intelligenten, vorausschauenden Produktionsketten müssen die Maschinen und damit die Steuerungen mehr Informationen miteinander austauschen als „Produkt abgabebereit“ oder „Übergabestation aufnahmebereit“. Zur Datenübergabe wird vom Betreiber häufig ein Identifikationssystem auf Basis von Barcodes oder RFID eingesetzt. Für viele Produkttypen ist dies aber zu teuer oder schlicht nicht möglich. Nutzen die beiden zu verbindenden Maschinen jeweils Steuerungen mit demselben Ethernet-Protokoll, werden hierfür klassische Ethernet-Gateways in IP20 eingesetzt. Diese müssen in den Schaltschrank und daher über lange Leitungswege verdrahtet werden.

Im Feld: Spanner für Master-Master-Kommunikation

Turck geht den Weg der Dezentralisierung vom Schaltschrank ins Feld konsequent weiter. Der Mülheimer Automatisierungsspezialist hat das erste Block-I/O-Modul in IP67 entwickelt, das die Kommunikation zwischen zwei Netzwerken direkt im Feld ermöglicht. Der TBEN-L-Spanner tauscht Daten bidirektional von Master zu Master aus. Im Gegensatz zu den bisherigen Produkten auf dem Markt benötigt der Turck-Spanner durch seine hohe Schutzart (bis zu IP 69K) keinen Schaltschrank; der Datenaustausch findet dort statt, wo er passiert: direkt im Feld an den Maschinen-Verbindungsstellen. Er fungiert als Slave für beide Steuerungen und ermöglicht so eine direkte Master-Master-Kommunikation. Die Daten wandern mit dem Produkt über den Spanner von einer Maschine zur nächsten. Daraus ergibt sich eine mögliche Verzweigung des Signal- und Daten-Flows in Fertigungslinien – ganz im Sinn von Industrie 4.0.

Der TBEN-L-Spanner kann dank seiner Multiprotokoll-Technologie Daten der Ethernet-Protokolle Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP verarbeiten. So verbindet er beispielsweise einen Profinet- mit einem Ethernet/IP-Master oder eine Ethernet/IP- mit einer Modbus-TCP-Steuerung. Die Datenschnittstelle dient den beiden Mastern wie ein Postfach, in dem beide Steuerungen Daten ablegen und abholen können. Zusätzlich verfügt der Spanner über 16 digitale Eingänge. Er erfüllt also eine Doppelfunktion. So kann der Turck-Spanner ein I/O-Modul ersetzen, das der Maschinenbauer ohnehin hätte einsetzen müssen. Im Vergleich zu einem externen Ethernet-Spanner im Schaltschrank ist diese Lösung kosteneffektiver, da der Spanner lediglich das ohnehin benötigte Standard-I/O-Modul ersetzt. Für den erfolgreichen Datentransfer müssen die verschiedenen Maschinenbauer keine Rücksicht auf die IP-Adresse der anderen Fertigungslinien nehmen. Durch die NAT-Router-Funktion (Network Adress Translation) des TBEN-L-Spanner ist keine herstellerübergreifende Koordination von IP-Adressräumen notwendig. Oftmals ist es so, dass Maschinenbauer ihre gewohnten IP-Adressen verwenden. Dabei kann es durchaus vorkommen, dass zwei Hersteller dieselbe IP-Adresse wählen. Würden diese Netzwerke nun miteinander verbunden, so käme es zu großen Problemen, da zwei identische IP-Adressen in einem Netzwerk nicht gekoppelt werden können. Der TBEN-L-Spanner arbeitet jedoch als NAT-Router, der die IP-Adressen umwandelt. Der Spanner handhabt die IP-Adressen der Hersteller als einzigartige Adressen und verhindert so eine Doppelbelegung im Netzwerk, unabhängig von den eigentlichen Eingaben der Hersteller. Somit garantiert der Spanner eine Integrationsmöglichkeit für Anlagenhersteller, da sie sich nicht untereinander absprechen müssen, um eine Doppelbelegung zu vermeiden.

Steuerungsintelligenz für Block-I/O-Module

Neben dem TBEN-L-Spanner bietet Turck ein umfangreiches Portfolio an dezentralen Lösungen. Turcks FLC (Field Logic Controller)-Technologie bringt die Logik in die Feldebene. Die webbasierte Programmierumgebung ARGEE erweitert Turcks Block-I/O-Module um Logik-Funktionalitäten. Mit ARGEE können SPS-Funktionen direkt auf den Modulen der Block-I/O-Reihen TBEN-L, TBEN-S, und FEN20 programmiert werden. Damit lassen sich einfache Steuerungsfunktionen auf die I/O-Module auslagern, was die zentrale Steuerung und die Buskommunikation entlastet. Die ARGEE-Programmierumgebung ist eine einfache Web-Applikation. Dazu ist lediglich ein PC mit einem Webbrowser wie Chrome oder Firefox erforderlich. Dank Turcks Multiprotokoll-Ethernet können so vorprogrammierte Module in Profinet-, EtherNet/IP- oder Modbus-TCP-Netzwerken eingesetzt werden. Einfache Anforderungen sind mit ARGEE auf den Turck-Block-I/O-Modulen auch komplett autark realisierbar. Mit der durch ARGEE hinzugewonnenen Steuerungsintelligenz sind Turcks Block-I/O-Module optimal für die Anforderungen von Industrie-4.0-Szenarien gerüstet: Sie unterstützen die Industrie 4.0-Schlüsseltechnologien Ethernet und IO-Link. Auch RFID-Interfaces mit ARGEE an Bord sind seit kurzem erhältlich.

Neben der Programmierumgebung für leicht- bis mittelkomplexe Applikationen bietet Turck auch eine vollumfängliche SPS in IP67. Die Codesys-3-Steuerung TBEN-L-PLC ist eine kompakte IP67-Steuerung zum Einsatz direkt im Feld. Als Master unterstützt das Gerät neben CANopen und SAE J1939 auch Modbus RTU sowie die Industrial-Ethernet-Protokolle Profinet, EtherNet/IP und Modbus TCP. In den CANopen-Netzwerken und Modbus RTU sowie in den drei unterstützten Industrial-Ethernet-Netzen kann die TBEN-L-PLC auch als Slave (bzw. Device) agieren, was den Einsatz als Protokollkonverter ermöglicht. Die Steuerung kann beispielsweise als CANopen-Manager eines mit CANopen vernetzten Maschinenmoduls agieren und dieses an eine Anlage anbinden, die mit Profinet vernetzt ist. Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung industrieller Produktionsprozesse kann die PLC so bestehende Maschinenkonzepte fit machen für die Herausforderungen einer eng vernetzten, hochflexiblen Produktion.

Mit seinem Portfolio dezentraler Lösungen zeigt Turck auf, wie bestehende Maschinen und Anlagen im Rahmen der Evolution einer Industrie 4.0 von den Effizienzsteigerungen und der erhöhten Transparenz profitieren können. Sie öffnen Potenziale für das Retrofitting von Anlagen oder zeigen neue Wege zur modularen Konstruktion und effizienter Konzeption von Maschinen und Fertigungslinien auf.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal elektrotechnik.

* *Olaf Ophoff, Leiter Produktmanagement Fabrikautomation Systeme, Turck

(ID:45050779)

Über den Autor