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Werksautomatisierung: 4 Technologien zur Problemlösung

Es gibt eine neue industrielle Revolution. Sie kombiniert den Fortschritt auf dem Gebiet der Maschinen und Steuerungen mit dem Fortschritt, der im Rahmen der Internet-Revolution auf dem Gebiet der Computerkommunikation gemacht wurde. Die heutige Technologie wird in einer Weise für die Problemlösung und zur Steigerung der industriellen Produktivität eingesetzt, die selbst vor 10 Jahren noch unvorstellbar war.

Deshalb stehen wir heute vor der Herausforderung, neue und vorhandene Technologien in einer Industrieumgebung in Einklang zu bringen. Hier stellen wir Ihnen vier Technologien zur Problemlösung für Industrienetzwerke vor.

  1. Glasfaser für Distanzen und Immunität gegenüber EMI/RFI (elektromagnetische und Funkfrequenz)-Interferenzen.

In Industrieumgebungen wird häufig Glasfaserkabel bevorzugt, weil es für sehr große Distanzen geeignet und immun gegen elektrische Interferenzen ist.

Glasfaserstrecken sind nicht wie Twisted-Pair-Kupferkabel auf 100 Meter begrenzt, sondern können je nach Kabeltyp, Wellenlänge und Netzwerk Entfernungen von 300 Meter bis 40 und mehr Kilometer überbrücken.

Außerdem überträgt Glasfaser Daten mit extremer Zuverlässigkeit. Es ist vollständig immun gegen viele Umgebungseinflüsse, die Kupferkabel beeinträchtigen können. Die Faser besteht aus Glas, einem isolierenden Material, durch das kein Strom fließen kann. Somit wird die Datenübertragung auch nicht durch elektromagnetische und Funkfrequenz-Interferenzen (EMI/RFI), Signalüberlagerungen, Impedanzprobleme uvm. beeinflusst. Glasfaserkabel lässt sich problemlos in der Nähe von Industriegeräten verlegen.

  1. Redundante Ring-Topologie

Obwohl man bei Ethernet in der Regel von einer Stern-Topologie ausgeht, kann ein Ethernet-Netzwerk auch ringförmig aufgebaut werden. Diese Variante kommt häufig in Anwendungen zum Einsatz, in denen die sternförmige Verlegung des Glasfaserkabels von einem zentralen Switch aus mit Schwierigkeiten verbunden wäre, also z. B. in Industrieanwendungen oder auch in Verkehrssignalanlagen.

In Industrienetzwerkszenarien werden Industriegeräte wie CNC-Maschinen an Gehärtete Ethernet Switche angeschlossen. Die Switches sind in einer Ring-Topologie für maximale Zuverlässigkeit mit praktisch verzögerungsfreier Failover-Umschaltung (in weniger als 30 ms) eingerichtet. Der Ring bietet den Vorteil eines redundanten Signalpfads für den Fall, dass eine Verbindung abbricht. Wenn ein Teil des Rings ausfällt, wechselt der Datenverkehr automatisch die Richtung.

  1. Machine Vision und USB 3.0

Bei Machine Vision handelt es sich um eine bildbasierte automatische Prüftechnologie, die heute in der Elektronik-, Lebensmittelverarbeitungs-, Pharma-, Verpackungs- und Automobilindustrie sowie in vielen anderen Branchen ein unverzichtbares Tool zur Qualitätssicherung, Sortierung und Materialverarbeitung ist. Die Machine Vision-Technologie nutzt Kameras, PCs, Software und andere Hardwarekomponenten für die automatische Aufnahme von Bildern und die Materialprüfung auf dem Fließband vorbeiziehender Teile.

Machine Vision ist eine wirtschaftliche Möglichkeit, Ausschussware zuverlässig auszusortieren. Sie kann zur Untersuchung von Geometrie, Platzierung, Verpackung, Etikettierung, Versiegelung, Beschichtung, Farbe, Muster, Strichcode und den verschiedensten anderen Parametern eingesetzt werden.

USB 3.0 stellt eine enorme Erweiterung für Machine Vision-Systeme dar. Dank des hohen Durchsatzes von USB 3.0 in Höhe von 5 Gbit/s – zehnmal mehr als bei USB 2.0 – gehören Stabilitäts- und Latenzprobleme bei der Bildübertragung und Kamerasteuerung der Vergangenheit an. USB 3.0 ermöglicht die Übertragung von Video mit höherer Auflösung und Bildraten ohne Qualitätsverlust.

  1. Serielle Verbindungen in der Industrie

Als industrielle Steuerungen werden Geräte zur Bedienung von Verpackungsanlagen, Generatoren, Drehbänken, Waagen und anderen Maschinen bezeichnet. Wenngleich die meisten IT-Anlagen heute per Ethernet vernetzt sind, werden für Industriegeräte häufig noch serielle RS232-, RS485- oder RS422-Schnittstellen verwendet. Um Investitionen in Industrieanlagen und Maschinen voll auszuschöpfen, können Schnittstellenkonverter und Leitungstreiber zum Verbinden älterer Geräteanschlüsse (RS-232/422/485) mit neueren USB- und Ethernet-Netzwerken verwendet werden.

RS232 sendet Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 115 Kbit/s über Entfernungen von bis zu 15 Metern, wobei mit kapazitätsarmen Kabel auch größere Distanzen überbrückt werden können. RS232 wird sowohl für die synchrone als auch für die asynchrone Übertragung binärer Daten genutzt. Anstelle des ursprünglichen DB25-Steckers werden für RS232 heute zumeist DB9- und RJ45-Stecker verwendet. Bei Industriegeräten kommt anstelle eines Steckers häufig auch eine Klemmleiste als Anschluss für die RS232-Schnittstelle zum Einsatz. Da RS232 eine relativ geringe Reichweite aufweist und ausschließlich Punkt-zu-Punkt-Verbindungen unterstützt, ist sie als industrielle Schnittstelle nur bedingt geeignet.

Wesentlich ausführlicher wird die industrielle Kommunikation im Whitepaper über die Elemente eines RS-422/RS-485-Systems behandelt.