Multiprotokoll-E/A-Module

Maschinen global einsetzen

Mit Profinet, EtherNet/IP und dem vergleichsweise neuen EtherCAT existieren mehrere standardisierte Protokolle für industrielle Ethernet-Anwendungen, die Maschinenbauer kennen und verstehen sollten. Denn insbesondere für international agierende Hersteller kann es eine Herausforderung sein, die mit dieser neuen Automatisierungslandschaft verbundenen Erwartungen zu erfüllen.

Bild: Belden Electronics GmbH

Der eine Kunde benötigt Profinet-Komponenten, ein anderer möglicherweise EtherNet/IP-Komponenten und der nächste EtherCAT-Komponenten. Um all diesen Anforderungen gerecht zu werden, wechseln Maschinenbauer üblicherweise alle E/A-Module (Eingang/Ausgang) im Feld aus – und in manchen Fällen sogar die Steckverbinder – um die unterschiedlichen länderspezifischen Anforderungen zu erfüllen. Jüngste Entwicklungen haben jedoch gezeigt, dass es einen effizienteren Weg gibt.

Standards flexibel erfüllen

Ein europäischer Hersteller von Verpackungsmaschinen musste genau dieser Anforderung gerecht werden und begann deshalb, eine standardisierte Maschine für einen international tätigen Produzenten von Nahrungsmitteln und Getränken zu bauen. Dieser Kunde benötigte für seine Standorte in Europa, an denen Profinet-SPSen eingesetzt werden, und für Südamerika, wo EtherNet/IP verwendet wird, unterschiedliche länderspezifische Ethernet-Protokolle. Ziel des Projekts war es, einen einfacheren und effizienteren Weg zu finden, um die Anforderungen an deren weltweiten Einsatz zu erfüllen und im besten Fall die Maschinen mit universell einsetzbaren E/A-Modulen auszustatten. Der Maschinenbauer musste über eine lange und weitverzweigte Lieferkette sowie viele Lieferanten zahlreiche Produktvarianten beziehen und lagern. Aufgrund dieser Komplexität bestand ein weiteres Hauptziel des Projekts darin, die Lieferkette zu vereinfachen und die Lieferanten zu reduzieren. Die Beschaffung und Lagerung zahlreicher Produkte – von unterschiedlichen E/A-Modulen über SPSen bis hin zu verschiedenen Steckverbindern (zum Beispiel 4- und 5-polige Varianten von Leistungssteckverbindern) – kostete wertvolle Zeit, erforderte Lagerplatz und belastete das Budget. Deshalb benötigte der Maschinenbauer Produkte, die ihm Variantenvielfalt und Flexibilität bieten.

Multiprotokoll-E/A-Module als Lösung

Um mit einem einzigen Maschinenkonzept unterschiedliche Protokolle zu unterstützen, untersuchte Belden gemeinsam mit dem Maschinenbauer die Möglichkeit, Multiprotokoll-E/A-Module in der Netzwerkinfrastruktur einzusetzen und so die Programmierung zu standardisieren sowie die Konstruktionszeit zu verkürzen. Dazu benötigte die Arbeitsgruppe E/A-Module, die folgende Kriterien erfüllen:

Mehrere industrielle Protokolle sowohl für den weltweiten als auch regionalen Einsatz unterstützen, darunter Profinet, EtherNet/IP und EtherCAT
Es ermöglichen, aktuelle oder ältere Maschinenkonzepte zu verwenden und zugleich eine künftige Aufrüstung zu gestatten
Rauen industriellen Bedingungen standhalten, beispielsweise Vibrationen in Roboteranwendungen und hohen Temperaturen bei Hochdruck-Reinigungsverfahren
Längere Distanzen (mehr als zehn Meter) zwischen Feld-Modulen überbrücken können
Es erlauben, sowohl die Anzahl der Produktvarianten am Lager als auch der Lieferanten zu reduzieren
Schnell und leicht zu installieren

Die Entscheidung für den Einsatz von Multiprotokoll-E/A-Modulen zur Erreichung dieser Ziele fiel unter dem Gesichtspunkt, dass der Maschinenbauer so eher in der Lage war, die Anforderungen des Kunden zu erfüllen. Denn er konnte bewährte Maschinenkonzepte verwenden, die sich durch eine Multiprotokoll-Lösung an die unterschiedlichen länderspezifischen Standards anpassen lassen. Außerdem würde der Maschinenbauer die Maschinenkonzepte bei Größenunterschieden zwischen den bisher verwendeten und den neuen E/A- Modulen nicht länger verändern müssen. Stattdessen konnte er eine neue Maschine auf Grundlage des bestehenden Maschinenkonzeptes bauen und die größeren, bisher verwendeten Module mit Hilfe eines Universal-Anschraub-Adapters durch kompaktere Module austauschen. Dieser Adapter ermöglichte es, die Abmessungen der Bohrlöcher älterer Maschinenkonzepte einzuhalten, ohne dass die neue Maschine einem kompletten Redesign unterzogen werden muss. Desweiteren profitierte der Maschinenbauer von folgenden Aspekten:

Effektivere Beschaffung: Der Einkauf muss weniger Bestellungen vornehmen und insgesamt weniger Teilenummern verwalten. Ferner lassen sich durch höhere Stückzahlen günstigere Preiskonditionen erzielen.
Einfachere Maschinenkonzepte, Installation und Wartung: Weniger Teile, die einbezogen werden müssen, leichterer Austausch von Modulen, reduzierte Stillstandszeiten sowie unter dem Strich eine höhere Effizienz und Kosteneinsparungen.
Reduzierter Lagerplatz: Durch weniger Produktvarianten wird auch weniger Platz für Ersatzteile benötigt.

Der Maschinenbauer bezog schließlich ein vielseitig einsetzbares Multiprotokoll-E/A-Modul von einem einzigen Lieferanten, wodurch nicht nur die Lieferkette optimiert wurde, sondern der Maschinenbauer auch in der Lage war, dasselbe Maschinenkonzept und dieselben Teile zu verwenden, um die Ethernet-Protokolle in unterschiedlichen Ländern oder Regionen zu unterstützen.

Wertvolle Erkenntnisse

Aus dem geschilderten Anwendungsfall können auch Unternehmen aus anderen industriellen Branchen wertvolle Erkenntnisse gewinnen. Wenn interne und unternehmensweite Prozesse, beispielsweise die Lieferkette, vereinfacht werden, kann dies für Kunden sehr wertvoll sein. In diesem Fall war der Maschinenbauer in der Lage, für seinen Kunden mehr zu tun, nachdem der Einkaufsprozess optimiert worden war und mehr verlässliche Ressourcen zur Verfügung standen. Ebenso konnte er die Vorteile indirekt an seinen Kundenstamm weitergeben. Aus Sicht der Kommunikation und Implementierung ist es gut zu wissen, dass bestehende Netzwerkinfrastrukturen eines Kunden nahtlos aufgerüstet werden können. Technologische Probleme oder lange Umsetzungsprozesse sind eine große Herausforderung, die sich durch eine solide Netzwerkgrundlage vor Ort und das Wissen darüber, welche Komponenten für das gewünschte Ergebnis ausgetauscht oder aufgerüstet werden können, bewältigen lassen. Zwar gibt es keine Patentlösung, aber von den Vorteilen der Auswahl von Komponenten, die mehrere industrielle Ethernet-Protokolle unterstützen, können Maschinenbauer schnell profitieren. Der erfolgreiche Weg beginnt damit, das Ziel des Projekts zu verstehen und zu wissen, welche E/A-Technologie verfügbar ist. Danach gilt es festzustellen, welche Funktionen helfen, um die jeweiligen Geschäftsziele zu erreichen.

Wenn interne und unternehmensweite Prozesse, beispielsweise die Lieferkette, vereinfacht werden, kann dies für Kunden sehr wertvoll sein. Bild: Belden Electronics GmbH

Datum:10. Mai 2017

Autoren:Paul Just ist Global Product Manager bei der Belden Inc.

Themen: Automation und Robotik, Hardware und Infrastruktur

Schlagwörter: E/A-Module (Eingang/Ausgang), Ethercat, Multiprotokoll-E/A-Module, standards-nutzen

Webseite: www.beldensolutions.com

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