Abteilungen und Segmente wachsen zusammen
Wo PC-Slaves die horizontale wie auch vertikale Skalierbarkeit in der Feldebene erhöhen, besteht für die Umsetzung cyberphysischer Systeme natürlich auch der Bedarf zur ebenenübergreifenden Vernetzung von automatisierten Anlagen, um nahezu alle relevanten Teilfunktionen und Abteilungen in den Gesamtprozess einzubeziehen. Die hierfür notwendige Ausweitung der vertikalen Integration wird mit dem Ethercat Automation Protocol realisiert, welches verschiedene Dienste und Protokolle zum gleichberechtigten Austausch von Variablen und Daten für Betriebsleit-, Prozessleit- und Steuerungsebene mit der Feldebene bereitstellt. Über zyklische Prozessdaten-Kommunikation, azyklische Mailbox-Kommunikation, per Routing-Verfahren oder sogar durch Übertragung ganzer Dateien können Geräte und ganze Segmente gleicher und verschiedener Ebenen, welche sonst unabhängig voneinander agieren, Daten untereinander transferieren. Auf diese Weise wird einerseits die Anbindung der Feldebene an die übergeordnete Produktionsleitebene (MES) und selbst an Produktionsplanungssysteme (ERP) umgesetzt, zudem aber auch Master/Master-Kommunikation ermöglicht. Das Ergebnis ist bereits heute eine weitläufige und nahtlose Vernetzung mit Echtzeitfähigkeit, bei der Informationen mit hohen Übertragungsraten auf Ethernet-Basis transferiert werden. Die Anwendungsschnittstellen von EAP (z.B. PDO, SDO, CoE, FoE) sind dabei eine Teilmenge des Ethercat-Master-Protokolls, bieten also den gleichen Grad an Flexibilität und Effizienz. Auch die Implementierung des EAP mit der Echtzeitplattform RealTime Suite von Kithara Software ist nahezu identisch mit deren Ethercat-Master. Eine Besonderheit dieser Master-Stack-Software liegt in eigens entwickelten Treibern fü Netzwerkkarten, mit denen Echtzeiteigenschaften bei Übertragungsraten bis 10GBit/s auch für das EAP bereitgestellt werden. Gerade für Entwickler stellt die offene Funktionsstruktur zudem eine effektive Möglichkeit zur flexiblen Umsetzung EAP-gestützter Lösungen dar. Der praktische Nutzen für die Verwendung des EAP besteht z.B. in der Möglichkeit zur externen Analyse und Diagnose von Aktoren- und Sensorengruppen durch Visualisierung sowie zur Konfiguration und Fernwartung von Teilsystemen. Somit können komplett automatisierte Anlagen ortsungebunden und dezentral, selbst über mobile devices, mit geringem Aufwand gesteuert, ausgewertet und überwacht werden. Auch die Verknüpfung von automatisierten Anlagen mit externen Abteilungen und Strukturen wie Vertriebs- und Logistikzentren bis hin zu ausgedehnten Informationsnetzen wie das Internet sind dadurch realisierbar. Für viele Industrie-4.0-Ansätze kann mit dem EAP nicht nur der Grundstein gelegt, sondern diese schon heute rentabel umgesetzt werden. Durch den Fokus auf die Kommunikation von Geräten und Systemen untereinander, deren abgestimmte, synchronisierte Arbeitsabläufe sowie dem Zugriff von höheren Ebenen aus kann mit EAP eine hohe Effizienz und Anpassungsfähigkeit aller betroffenen Abteilungen erreicht werden. Die gesamte Unternehmensstruktur wird so einerseits nach innen verstärkt, andererseits aber auch nach außen hin gegenüber Kunden und Partnern geöffnet, wodurch noch schneller und zielorientierter auf interne wie externe Einflüsse, Nachfragen und sich ändernde Anforderungen reagiert werden kann.
Moderne Fabrik in Echtzeit
Flexible Automatisierungstechnik wie Ethercat-PC-Slaves und EAP werden sich als feste Bestandteile in zukünftigen Automatisierungslösen behaupten können. Nicht nur, weil ein steigender Bedarf an hochgradig skalierbaren Systemen abzusehen ist, sondern weil diese Nachfrage bereits existiert. PC-Slaves schaffen hochwertige Schnittstellen zur Anbindung an höhere Informationsnetzwerke während das EAP den schnellen Datenaustausch zwischen den Funktionssegmenten auf gleichen wie auch unterschiedlichen Ebenen sichert. Der Ethercat-Master der Kithara RealTime Suite wurde als offene Funktionsbibliothek speziell dafür entwickelt, Komponenten wie Ethercat-PC-Slaves und EAP in einer kompletten, echtzeitfähigen Software-Lösung zu vereinen. Teilfunktionen können parallel und aufeinander abgestimmt implementiert werden, so dass individuelle Produktionseinheiten zwar weiterhin modular bleiben, sich ihre kooperative Gesamtleistung jedoch exponentiell steigert. Ziel der Unterstützung und Verknüpfung verschiedener Ethercat-Standards mit einem Echtzeitsystem ist es, ein flexibles Werkzeug für anspruchsvolle Automatisierungsprojekte bereitzustellen, bei denen Produktionssegmente ausgezeichnet zusammenarbeiten. Durch Kommunikation der größtmöglichen Anzahl von Segmenten wird eine Verbesserung des gesamten Arbeitsflusses bis hin zu fertigungssynchronen Arbeitsabläufen erreicht, womit beispielsweise geringere Produktdurchlaufzeiten erzielt werden. Bei der Entscheidung für das grundsätzliche Anlagenkonzept ist nicht nur das zu verwendende Automatisierungsprotokoll entscheidend. Neben der wesentlichen Wahl der Computerplattform, des Betriebssystem und der Echtzeitumgebung müssen weitere relevante Gebiete betrachtet werden. So sind zum Beispiel viele automatisierte Anlagen zudem auf industrielle Bildverarbeitung angewiesen, sei es für Produktion, Verpackung, Überwachung oder Qualitätssicherung. Für solche Anforderungen stellt die Kithara-Produktpalette deshalb Echtzeitfähigkeit für Kameras mit GigE-Vision- oder USB3-Vision-Standard bereit. Darüber hinaus werden die im Automobilbereich verwendeten Busse CAN, LIN und FlexRay ebenfalls in Echtzeit unterstützt. Sie werden (auch in Verbindung mit einem übergeordneten Ethercat-System) gerade für die Integration von modernen und leistungsfähigen Prüfständen bei Automobilherstellern und -zulieferern benötigt. Nach diesem Prinzip, durch Einbeziehung themenverwandter Teilgebiete und Prozesse innerhalb der Wertschöpfungskette, können letztendlich komplett vernetzte, hocheffiziente Anlagen entwickelt werden.
