Die Weiterentwicklung von CC-Link IE:
Integriertes Industrienetzwerk für die Industrie 4.0
Moderne Konzepte wie e-F@ctory und Industrie 4.0 in der IT-gesteuerten Produktion erfahren derzeit große Aufmerksamkeit. Gemeinsamer Grundgedanke dieser Technologien ist die Integration und Optimierung der IT auf Management-, Produktions- und Maschinenebene. Dafür sind Fertigungsnetzwerke mit hoher Datenrate und hoher Konnektivität notwendig. Die Nutzung der CC-Link-Familie liegt also nahe.
Bild: CLPA EuropeDie in der Fertigungsindustrie eingesetzten IT-Systeme lassen sich grob in drei Ebenen einteilen: Management, Produktion und Maschinen. Traditionell befinden sich die Managementsysteme in der Zentrale und die Produktions- und Maschinensysteme an den Fertigungsstandorten. Dem Globalisierungstrend entsprechend sind die Fertigungsstandorte häufig in aller Welt verteilt, dasselbe gilt für die entsprechenden Produktions- und Maschinensysteme. Hierbei wurden für die jeweiligen Regionen unterschiedliche Systeme entwickelt. Außerdem ist im Interesse der lokalen organisatorischen Optimierung bisweilen sogar die Managementebene regional aufgebaut. Hier ist die globale Integration von cloudbasierten Fertigungs-IT-Systemen auf dem Vormarsch.
Fertigungs-IT-Systeme der Zukunft
Cloudanbindung, Big Data und künstliche Intelligenz gehören zu den Megatrends in der Produktions-IT. Die Fertigungsindustrie kann auf der Basis von Informationen viele Verbesserungen und Kostensenkungen erzielen, um im Wettbewerb besser bestehen zu können. Sie können Instandhaltungsprozesse verbessern, Ausfallzeiten reduzieren, die Qualitätsstabilität erhöhen und auch Produktionsabläufe in Koordination mit der Lieferkette optimieren. Damit diese neuen Anwendungen genutzt werden können, sind auf der Maschinenebene Hochgeschwindigkeitsnetzwerke mit entsprechender Kapazität notwendig, um große Mengen an Daten zu verarbeiten. Außerdem geht der Trend in der Fertigung von der Massenproduktion zur kundenindividuellen Massenproduktion und tendiert zur Einzelfertigung vielfältiger Modellvarianten. Kostengünstige Einzelfertigung ist daher ein zentrales Ziel von Industrie 4.0. Sie stellt bestimmte Anforderungen an die Produktionstechnologie und auch an die herkömmlichen Technologien. Eine Herausforderung ist das Netzwerk auf der Maschinenebene. Diese Anforderungen lassen sich vereinfacht so zusammenfassen:
- • Einfache Integration in die Produktionsebene unter Berücksichtigung von Echtzeitanforderungen
- • Garantierte kontinuierliche Produktion UND Sicherheit (Safety) von Personen und Anlagen
- • Integration und nahtlose Anbindung verschiedener Netzwerktypen, einschließlich Sensornetzwerke
- • Hohe Geschwindigkeiten und Kapazitäten als Voraussetzung für die Nutzung neuer Anwendungen
- • Einfache Netzwerkkonfiguration
Was die Systemintegration mittels der Cloud angeht, so verlangt das Netzwerk auf der Produktionsebene eine einfache und sichere vertikale Integration in das Managementsystem. Bei der Vereinfachung der vertikalen Integration spielt OPC UA eine immer größere Rolle. Zudem bietet das Protokoll eine Datensicherheitsfunktion (Security). Das Netzwerk auf Maschinenebene muss sich einfach an das Produktionssystem anbinden lassen. Die Echtzeitfähigkeit steht hier im Vordergrund. Auch unterscheiden sich die Security-Anforderungen von denjenigen der höheren Ebenen. Die Maschinenebene verlangt kontinuierliche Produktivität, auch im Falle eines unvorhergesehenen Ereignisses. Neben der Datensicherheit spielt hier auch die Sicherheit von Personen und Anlagen eine Rolle (Safety). Da zudem die Maschinenebene unterschiedliche Netzwerke umfasst (z.B. Sensornetzwerke), ist eine nahtlose Einbindung der verschiedenen Netzwerkebenen wichtig.
Echtzeit-Performance und Integrationskomfort
Aufgrund der Geschwindigkeitsleistung und der erweiterbaren Echtzeit-Performance findet CC-Link IE Control verstärkt Anwendung in der Flachbildschirmproduktion und im Automobilbau. CC-Link IE drückt Echtzeit-Performance mithilfe des 'Link-Scan-Time'-Index aus. Die untere Abbildung zeigt die Link Scan Time für eine Anordnung von 32 Stationen mit gleicher Speicherzuweisung über CC-Link IE Control. Neben der zyklischen Kommunikation in Echtzeit bietet CC-Link IE transiente Kommunikation für Rezeptweitergabe, Qualitätsdatenerfassung usw. Außerdem kann die hohe Bandbreite von 1Gbps für zyklische und transiente Kommunikation aufgeteilt werden. Auf diese Weise werden Störungen der zyklischen Kommunikationsperiode durch transiente Kommunikation vermieden.
Bild: CLPA EuropeSafety und Security mit CC-Link IE
Die Datensicherheit auf der Produktionsebene wird bei der Verwendung von CC-Link IE durch die Nutzung des OPC-UA-Standards realisiert. Im Hinblick auf die Zukunft und von Markttrends müssen die Koordination für ISASecure, EDSA-Zertifizierung usw. noch diskutiert werden. Für das Thema Sicherheit im Sinne von Safety wurde CC-Link IE Safety definiert, um Sicherheitskommunikation bei Verwendung von CC-Link IE zu realisieren. Das heißt, beim Anhalten eines Prozesses durch eine Sicherheitsfunktion werden abhängige Prozesse synchron gestoppt, sodass der Neustart nach der Fehlerbehebung beschleunigt wird.
Integration und Anbindung verschiedener Netzwerke
Für die CC-Link-Familie wurde das SLMP (Seamless Message Protocol) als Mechanismus für die Integration und nahtlose Anbindung verschiedener Maschinennetzwerke definiert. Dieses Protokoll ermöglicht die Verbindung zwischen einem System auf höherer Ebene und den Feldgeräten ohne Rücksicht auf die Unterschiede zwischen CC-Link IE, CC-Link und TCP/IP. Seit einigen Jahren werden in Netzwerken auf der Maschinenebene verstärkt Open-Sensor-Netzwerke eingesetzt, wie z.B. I/O Link, und die CC-Link Partner Association prüft die Entwicklung von Spezifikationen für die nahtlose Konnektivität mit anderen offenen Netzwerken.
Komfortable Netzwerkkonfiguration mit CC-Link IE
CC-Link IE verwendet Ethernet als unterste Kommunikationsebene und Token Passing Methode für die Kommunikationssteuerung auf höherer Ebene. Hierbei werden die Datenübertragungsrechte ('Tokens') im Netzwerk auf einer festgelegten Route von Station zu Station weitergegeben. Nur diejenigen Stationen mit Datenübertragungsrechten können Daten übertragen. Derzeit werden Tokens auf einer statisch festgelegten Route weitergegeben, aber es ist auch technisch möglich, diese Route dynamisch mit beliebigen Intervallen zu ändern. In der Zukunft wird dies Routen-Switching in Abhängigkeit von dem zu fertigenden Produkt ermöglichen. Das ist genau das, was Industrie 4.0 ausmacht. Simultane Fehlersuche ist bei der Netzwerkkonfiguration ebenfalls wichtig. Bei Störungen im Netzwerk muss die betreffende Stelle schnell zu finden sein. CC-Link IE bietet verschiedene Werkzeuge zur schnellen Auffindung von Fehlern: beispielsweise ein Managementwerkzeug für Netzwerkereignis Historie, ein Netzwerkdiagnosewerkzeug usw.
Zusammenfassung
CC-Link ist nicht nur sehr schnell, sondern bietet darüber hinaus noch eine ganze Reihe anderer Faktoren, die es als integriertes Industrienetzwerk empfiehlt. Die zentralen Anforderungen, die die Industrie 4.0 oder e-F@ctory an die Kommunikation stellen, treffen hier sehr gut mit den Fähigkeiten von CC-Link aufeinander. (kbn)
Moderne Konzepte wie e-F@ctory und Industrie 4.0 in der IT-gesteuerten Produktion erfahren derzeit große Aufmerksamkeit. Gemeinsamer Grundgedanke dieser Technologien ist die Integration und Optimierung der IT auf Management-, Produktions- und Maschinenebene. Dafür sind Fertigungsnetzwerke mit hoher Datenrate und hoher Konnektivität notwendig. Die Nutzung der CC-Link-Familie liegt also nahe.
Bild: CLPA EuropeDie in der Fertigungsindustrie eingesetzten IT-Systeme lassen sich grob in drei Ebenen einteilen: Management, Produktion und Maschinen. Traditionell befinden sich die Managementsysteme in der Zentrale und die Produktions- und Maschinensysteme an den Fertigungsstandorten. Dem Globalisierungstrend entsprechend sind die Fertigungsstandorte häufig in aller Welt verteilt, dasselbe gilt für die entsprechenden Produktions- und Maschinensysteme. Hierbei wurden für die jeweiligen Regionen unterschiedliche Systeme entwickelt. Außerdem ist im Interesse der lokalen organisatorischen Optimierung bisweilen sogar die Managementebene regional aufgebaut. Hier ist die globale Integration von cloudbasierten Fertigungs-IT-Systemen auf dem Vormarsch.
CLPA Europe
Dieser Artikel erschien in Industrial Communication Journal 4 2017 - 08.12.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
