Wie Servo-Systeme von offenen Netzwerkanbindungen profitieren
Von der Pyramide zur Wolke: Offene Netze für smarte Antriebe
Im Zeitalter der Digitalisierung ist die Vernetzung von Maschinen, Systemen und Anlagen ein entscheidender Erfolgsfaktor. Offene Netzwerkanbindungen spielen dabei eine zentrale Rolle, um eine herstellerübergreifende Integration und flexible Produktionsumgebungen zu ermöglichen. Eric Irabor, Junior Product Manager Servo&Motion bei Mitsubishi Electric, erläutert in einem Vortrag, warum Servo-Systeme ein Paradebeispiel für die Vorteile solcher Technologien sind, insbesondere durch die Nutzung von OPC UA, OPC UA FX, Ethercat und CC-Link IE TSN.
Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V.Zu Beginn ordnet Eric Irabor die Bedeutung offener Netzwerke im Kontext der Automatisierungspyramide ein: "Die Automatisierungspyramide ist ein anschauliches Tool, das in mehrere Hierarchieebenen gegliedert ist. Alle diese Ebenen haben verschiedene Anforderungen an die Netzwerktechnik und an die Kommunikation. Man kann dort horizontal, aber auch vertikal kommunizieren." Traditionell gliedert sie sich in fünf Ebenen: Feldebene, Steuerungsebene, Prozessleitebene (Scada), Betriebsleitebene (MES) und Unternehmensebene (ERP). Die Feldebene, auf der sich Sensoren und Aktoren befinden, erfordert Echtzeit- und deterministische Datenübertragung sowie hohe Robustheit. Dabei kommunizieren die Servo-Systeme als Aktoren hier alle untereinander. Die Steuerungsebene dient der Auswertung von Sensordaten und der Weitergabe von Steuerbefehlen an die Aktoren. Die Prozessleitebene visualisiert und steuert die Prozesse, während die Betriebsleitebene die gesamte Produktion vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt überwacht. Schließlich integriert Unternehmensebene alle Geschäftsprozesse standortübergreifend. "Der Trend im Kontext von Industrie 4.0 ist es nun, die Prozesse immer mehr zu vernetzen. Dabei lösen wir uns aus dieser Hierarchie immer weiter heraus, während wir vom Sensor in die Cloud kommunizieren können", berichtet Eric Irabor. Diese Entwicklung führt zu einer höheren Flexibilität und Effizienz in der Produktion.
Bild: ©Petrovich9/istockphoto.com / Mitsubishi Electric Europe B.V.Vorteile offener Netzwerkanbindungen
Die Vorteile offener und standardisierter Netzwerkanbindungen, die branchen- und marktübergreifend eingesetzt werden können, liegen auf der Hand. Sie ermöglichen die horizontale und vertikale Integration unterschiedlichster Maschinen, Systeme und Peripherie. Dies schafft eine durchgängige Datenverfügbarkeit über alle Ebenen hinweg, vom Sensor bis zur Cloud, und erleichtert datengetriebene Optimierungen in der Produktion. Durch standardisierte Feldbus-Protokolle und -Profile können Servo-Systeme auf Feldebene deutlich einfacher in Betrieb genommen werden. Aktuell kommen Feldbus-Profile wie CiA 402 zum Einsatz, künftig wird auch OPC UA FX eine wichtige Rolle spielen. Die direkte Integration dieser Kommunikationsprotokolle in den Servo-Regler macht den Einsatz zusätzlicher Gateways überflüssig. Dies führt zu Kosteneinsparungen, einer vereinfachten Inbetriebnahme und einem reduzierten Wartungsaufwand. Gleichzeitig ermöglicht diese Standardisierung Maschinenbauern, den Hersteller mit minimalem Aufwand zu wechseln und ihr vorhandenes Knowhow effizient zu übertragen.
OPC UA und OPC UA FX: Zukunft der Vernetzung
Ein wichtiger Schritt in Richtung offene Kommunikation ist die Nutzung von OPC UA, einem standardisierten Protokoll, das bereits in der IT etabliert ist. "Wenn wir jetzt im Kontext der Antriebstechnik einmal schauen, dann haben wir bereits Controller-to-Controller-Kommunikation, also auf der SPS-Ebene zwischen den Steuerungen eine gewisse Kommunikationsmöglichkeit spezifiziert", erklärt Irabor. Ein zentraler Treiber dieser Entwicklung ist OPC UA FX (Field Exchange), das speziell für die Echtzeitkommunikation auf der Feldebene entwickelt wurde. "Mit OPC UA FX lässt sich eine einheitliche, herstellerunabhängige Kommunikation realisieren, die Sicherheit, hohe Datenübertragungsraten und Synchronität berücksichtigt", betont der Produktmanager.
Diese Offenheit bedeutet für Maschinenbauer eine signifikante Erleichterung: Sie können Servoregler mit verschiedenen Steuerungen kombinieren, etwa von Beckhoff, Siemens oder anderen Herstellern. Die Spezifikationen für die Feldebene umfassen Safety, die sichere Datenübertragung, hohe Datenübertragungsrate und Synchronität. "Aktuell arbeiten Unternehmen wie Mitsubishi Electric und Organisationen an der Spezifikation für den Bereich der Antriebstechnik und Feldgeräte, um die Interoperabilität weiter zu verbessern", betont Eric Irabor.
Schlüsselkomponenten der vernetzten Produktion
Servo-Systeme spielen eine Schlüsselrolle in der vernetzten Produktion, da sie nicht nur präzise und dynamische Bewegungssteuerung ermöglichen, sondern auch als Datensammler und Kommunikationsknoten fungieren können. Die Vernetzung ermöglicht eine tiefgreifende Integration von Servoantrieben in digitale Wertschöpfungsketten. Die Verbindung zu intelligenten Produktionsökosystemen ermöglicht es zudem, KI-basierte Technologien, Cloud-Computing und digitale Zwillinge in den Betrieb zu integrieren. Dies führt zu einer höheren Transparenz und einer umfassenderen Kontrolle der gesamten Wertschöpfungskette.
Servobasierte vorausschauende Wartung
Ein weiterer Vorteil moderner Servotechnik liegt in der Multinetzwerkfähigkeit. Maschinenbauer können je nach Anwendung verschiedene Feldbus-Protokolle nutzen, ohne ihre gesamte Infrastruktur umstellen zu müssen. "In unseren Servoreglern unterstützen wir deshalb mehrere Protokolle, wie unser eigenes Netzwerk CC-Link IE TSN, aber auch Ethernet/IP, Ethercat oder Profinet", erklärt Irabor. Mit dieser Flexibilität könne sich der Maschinenbauer voll auf die Optimierung seiner Prozesse konzentrieren, anstatt sich mit netzwerkspezifischen Einschränkungen auseinanderzusetzen.
Ein weiteres Highlight ist die servobasierte vorausschauende Wartung, die durch integrierte KI-Chips ermöglicht wird. "Wir haben eine patentierte Technologie, die sich genau damit beschäftigt. Dadurch können wir für Mechaniken wie einer Spindel, einem Riemen oder einem Getriebe in Kombination mit unseren KI-trainierten Chips im Servoregler Handlungsempfehlungen geben", beschreibt der Produktmanager.
Die neue Verstärker-Serie von Mitsubishi Electric bietet zudem flexible Kombinationsmöglichkeiten zwischen Servoregler und Motor. Eric Irabor: "Das bedeutet, wir können mehrere Leistungsklassen miteinander kombinieren. Das hat den Vorteil, dass der Maschinenbauer nur noch einen Regler braucht und dann mehrere Antriebe damit ausrüsten kann, was die Lagerhaltung verbessert." Hinzu kommen eine sehr gute Performance durch den hochauflösenden Encoder mit 26Bit, One-Touch-Tuning und Einkabeltechnologie.
Fazit
Offene Netzwerkanbindungen und standardisierte Protokolle wie OPC UA und OPC UA FX sind entscheidend für die Zukunft der vernetzten Produktion. Servo-Systeme spielen dabei eine zentrale Rolle als Datensammler und Kommunikationsknoten. Technologien wie Multinetzwerkfähigkeit und vorausschauende Wartung ermöglichen es Maschinenbauern, ihre Produktion effizienter und flexibler zu gestalten.
Im Zeitalter der Digitalisierung ist die Vernetzung von Maschinen, Systemen und Anlagen ein entscheidender Erfolgsfaktor. Offene Netzwerkanbindungen spielen dabei eine zentrale Rolle, um eine herstellerübergreifende Integration und flexible Produktionsumgebungen zu ermöglichen. Eric Irabor, Junior Product Manager Servo&Motion bei Mitsubishi Electric, erläutert in einem Vortrag, warum Servo-Systeme ein Paradebeispiel für die Vorteile solcher Technologien sind, insbesondere durch die Nutzung von OPC UA, OPC UA FX, Ethercat und CC-Link IE TSN.
Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V.Zu Beginn ordnet Eric Irabor die Bedeutung offener Netzwerke im Kontext der Automatisierungspyramide ein: "Die Automatisierungspyramide ist ein anschauliches Tool, das in mehrere Hierarchieebenen gegliedert ist. Alle diese Ebenen haben verschiedene Anforderungen an die Netzwerktechnik und an die Kommunikation. Man kann dort horizontal, aber auch vertikal kommunizieren." Traditionell gliedert sie sich in fünf Ebenen: Feldebene, Steuerungsebene, Prozessleitebene (Scada), Betriebsleitebene (MES) und Unternehmensebene (ERP). Die Feldebene, auf der sich Sensoren und Aktoren befinden, erfordert Echtzeit- und deterministische Datenübertragung sowie hohe Robustheit. Dabei kommunizieren die Servo-Systeme als Aktoren hier alle untereinander. Die Steuerungsebene dient der Auswertung von Sensordaten und der Weitergabe von Steuerbefehlen an die Aktoren. Die Prozessleitebene visualisiert und steuert die Prozesse, während die Betriebsleitebene die gesamte Produktion vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt überwacht. Schließlich integriert Unternehmensebene alle Geschäftsprozesse standortübergreifend. "Der Trend im Kontext von Industrie 4.0 ist es nun, die Prozesse immer mehr zu vernetzen. Dabei lösen wir uns aus dieser Hierarchie immer weiter heraus, während wir vom Sensor in die Cloud kommunizieren können", berichtet Eric Irabor. Diese Entwicklung führt zu einer höheren Flexibilität und Effizienz in der Produktion.
Mitsubishi Electric Europe B.V.
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 4 (April) 2025 - 22.04.25.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
