Wachstumsmotor oder Babylon der Neuzeit?

Ausgehend von anfänglich nur zwei Kommunikationssystemen im Jahre 1975 hat sich die Anzahl der marktrelevanten Kommunikations- und Feldbussysteme bis heute etwa verzehnfacht

Marktanteile der industriellen Netzwerke in der Fertigungsautomation. Quelle: IMS Research, 2008. Entgegen allen früheren Annahmen haben die etablierten Feldbusse ihren Zenit noch lange nicht überschritten

Die einbaufertigen Anybus-Kommunikationsmodule von HMS ermöglichen die Kopplung von Automatisierungsgeräten mit allen industriellen Netzwerken

Die Bedeutung der industriellen Kommunikationssysteme nimmt weiter zu. So wird heute kaum noch eine größere Maschine oder Anlage ohne ein Feldbus- oder Industrial-Ethernet-Netzwerk ausgeliefert. Während sich die Automobilindustrie mit dem zunehmenden Einsatz von Profinet als Technologietreiber alle Ehre macht, entdeckt die Prozessautomatisierung endlich auch die Vorteile der industriellen Netzwerke. Standardisierte Kommunika- tionsmodule wie von HMS Industrial Networks für Automatisierungsgeräte können die Einführung der Technologie erleichtern.

Trotz unterschiedlichster Bewertung einzelner Systeme prognostizieren alle renommierten Studien dem Markt für industrielle Kommunikationssysteme ein überdurchschnittliches Wachstum. Zugleich steigt die Vielfalt der Kommunikationssysteme und Protokolle immer weiter.

Es gibt derzeit wohl kaum eine andere Branche, in der talentierte Ingenieure ihre Kreativität besser entfalten können und in der so viele unterschiedliche Lösungen für ein und dasselbe Grundproblem entstehen. Weitgehende Stabilität gibt es bei den Standardfeldbussen wie Profibus, DeviceNet, Can-open und CC-Link. Viel Bewegung hingegen gibt es einerseits bei den Industrial-Ethernet-Netzwerken und andererseits bei den Sensor-Aktuator-Netzwerken in der untersten Feldbebene. Dabei zeigt sich anschaulich, wie aus anfangs zwei Grundtechnologien (Feldbus und Ethernet) heute ein breit diversifizierter Markt wurde. Mit der bevorstehenden Einführung der Industrial-Wireless-Kommunikationssysteme und der Sensor-Aktuator-Netzwerke dürfte sich die rasante technische Entwicklung und die Diversifizierung auch in Zukunft weiter fortsetzen.

Mehr Performance benötigt

Während die einen Industrial-Ethernet-Anbieter mit immer höherer Performance werben, erfinden andere immer neue Lösungen. Die internationale Standardisierung (IEC) nimmt jeden und alles in ihre Standards auf und macht diese damit wertlos, da es die einheit-liche Norm nicht mehr gibt. Der Wettstreit um höhere Performance macht mittlerweile auch vor der Gigabitgrenze nicht mehr Halt. Die Performance-Messlatte hat Beckhoff mit der Ethercat-Technologie vorgelegt. Die Profibus Nutzerorganisation zieht mit einem auf mehr Performance optimierten Profinet nach und in Japan hat Mitsubishi mit CC-Link/IE Field nun auch die Gigabitgrenze überschritten.

Offensichtlich ist, dass sich nicht alle 28 der derzeitigen Industrial-Ethernet-Systeme am Markt durchsetzen werden. Aber welche werden es sein – und warum? Verschiedene Kriterien werden derzeit diskutiert: Performance, Preis und die Marktmacht der hinter den Lösungen stehende Firmen und Organisationen dürften die ausschlaggebenden Faktoren sein. Man darf davon ausgehen, dass sich die Zahl der marktrelevanten Real-time-Ethernet-Lösungen bei etwa zehn einpendeln wird. Zweifellos werden in Europa und Nordamerika mit Profinet und EtherNet/IP unterschiedliche Lösungen die Marktführerschaft übernehmen. In Asien dagegen setzt man auf CC-Link/IE Field, die neue Industrial-Ethernet-Variante von Mitsubishi. Wenn es um die Antriebstechnik geht, spielen Sercos III und Ethercat eine wichtige Rolle. Ethercat hat sich im Maschinenbau eine gute Marktposition erobert.

Wachstum bei Feldbussen

In der Feldebene haben die etablierten offenen Feldbussysteme wie Profibus, DeviceNet, Canopen, CC-Link und Modbus ihre Bedeutung weiter ausgebaut. Lediglich bei speziellen Netzwerken wie FIPIO sowie bei den properitäten Netzwerken sind rückläufige Stückzahlen zu beobachten. Dies zeigt auch eine Marktstudie der Firma IMS Research, die die Marktanteile der industriellen Netzwerke in der Fertigungstechnik untersucht hat. Trotz stark zunehmenden Knotenzahlen bei Industrial Ethernet, werden auch 6 Jahre nach Einführung von Industrial Ethernet die Vielzahl der Anlagen auf Basis der etablierten Feldbusse vernetzt. Auch die aktuellen Meldungen der Feldbus-Nutzerorganisationen machen deutlich, dass die Standard-Feldbusse ihren Zenit noch nicht überschritten haben. Entgegen aller früherer Annahmen steigt bei den etablierten Feldbussen die Anzahl der installierten Knoten weiter moderat an. Die allgemein angenommene schnelle Verdrängung der Feldbussysteme durch Industrial Ethernet vollzieht sich viel langsamer als erwartet. Alle etablierten Feldbusse verfügen seit einiger Zeit über stabile Spezifikationen: Es gibt eine sehr große Anbietervielfalt und Endanwender sowie Systemintegratoren beherrschen die Systeme sicher bei Installation, Wartung und Fehlersuche. Fast alle Feldbusse verfügen heute über integrierte Lösungen für die Übertragung sicherheitsrelevanter Daten (z.B. Profibus: Profisafe und DeviceNet: CIP-Safety) und erlauben so die Übertragung von Standarddaten und sicherheitsrelevanter Daten über dieselbe Busleitung. Dadurch werden weitere Anwendungsbereiche erschlossen, die bisher häufig noch diskret verkabelt wurden.

Neues in der Sensor- Aktor-Ebene

Die industrielle Kommunikation dringt zunehmend auch zu den einfachen Sensoren und Aktoren vor. Hauptmotivation dafür ist, dass neben den reinen E/A-Daten auch Diagnose- und Statusmeldungen übertragen werden und so das Anlagen-Engineering bei Inbetriebnahme, Wartung und Fehlersuche weiter vereinfacht werden kann. In der untersten Feldebene war bisher das Sensor-Aktor-Interface (AS-i) der meist benutzte offene Kommunikationsstandard. Die Erfolge von AS-Interface haben Mitbewerber auf den Plan gerufen und neue Systeme drängen in den Markt. Aus Europa kommt IO-Link, aus USA CompoNet und aus Japan CC-Link/LT. Alle Netzwerke sind speziell auf die Anforderungen einfachster Feldgeräte zugeschnitten. Die Einbindung der neuen Sensor-Aktor-Netzwerke in die hierarchisch übergeordneten Feldbus- oder Industrial-Ethernet-Systeme erfolgt über spezielle Gateways.

Industrial Wireless

Die Nutzung der drahtlosen Kommunikationssysteme in der industriellen Kommunikation steht noch in der Anfangsphase. Ähnlich wie bei Industrial Ethernet ist auch hier zu erwarten, dass jede Feldbus-Nutzerorganisation einen eigenen Standard erarbeitet, da die Grundtechnologien wie Bluetooth und WLan den industriellen Anforderungen nicht genügen. Vorreiter ist die HCF (Hart Communica- tion Foundation) mit Wireless Hart, einer speziell auf die Anforderungen der Prozessautomatisierung zugeschnittenen Lösung. Die Experten der Profibus Nutzerorganisation setzen auf die WSAN-Lösung für die drahtlose Kommunikation im Sensor-Aktuator-Bereich. Auch die amerikanische ODVA hat eine eigene Funk-Lösung für die CIP-Netzwerkfamilie spezifiziert. Aufgrund der unterschiedlichen technischen Lösungen sind Anwender gut beraten, wenn sie vor dem Einsatz die Verträglichkeit mit bereits bestehenden Funknetzen prüfen.

Modulare Lösungen

Gerätehersteller sind angesichts der großen Vielfalt bei den industriellen Netzwerken gut beraten, wenn sie ihre Geräte mit möglichst flexiblen Kommunikationsschnittstellen ausrüsten. Nicht immer ist dabei eine Eigenentwicklung der Kommunikationsanschaltung die kostengünstigste Variante, denn die reinen Bauelementekosten sind nur die Spitze des Eisbergs. Einbaufertige Kommunika- tionsmodule, wie die Anybus-Module von HMS, sind in vielen Fällen eine interessante Alternative. Mit den einbaufertigen Lösungen lassen sich die Entwicklungsaufwendungen und das Entwicklungsrisiko für den Gerätehersteller um bis zu 70 % reduzieren und die Time-to-Market wird deutlich verkürzt. Die Frage nach dem richtigen Bussystem reduziert sich dann auf eine Bestückungsoption und das Automatisierungsgerät findet immer den richtigen Anschluss.

DER AUTOR Dipl.-Ing. Michael Volz ist Geschäftsführer der HMS Industrial Networks GmbH in Karlsruhe ( www.anybus.de )