Mit dem 'Devicenet of Things' sollen all die kleinen Geräte Teil des Netzwerks werden, für die eine Integration bisher zu aufwendig war.

Mit dem ‚Devicenet of Things‘ sollen all die kleinen Geräte Teil des Netzwerks werden, für die eine Integration bisher zu aufwendig war.Vege – Fotolia.com

Beispiele für solche bisher nicht vernetzten Komponenten, die in Zukunft Teil des Netzes werden sollen, sind: Motorstarter, Relais, Schütze, Überwachungsgeräte und Stromversorgungen. Auch Geräte mit Schutzfunktionen, wie Überspannungs- oder Überstromschutz sowie Sicherungen könnten weitere Aufgaben übernehmen, wenn sie vernetzt wären. Gleiches gilt auch für einfache Signallampen, Hupen und Lampensäulen. Die meisten dieser Geräte verfügen heute noch nicht über eine eingebaute Netzwerk-Schnittstelle, manche auch nicht über eine Steuerungselektronik. In der Zukunft wird sich dies aber aufgrund von zwei Technologietrends ändern.

Trend Eins: Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit und die Diagnosefähigkeit der Geräte wird steigen. Es wird immer mehr intelligente Elektronik zum Einsatz kommen. Trend Zwei: Die Kosten für die Netzwerkeinbindung werden weiter sinken, da die notwendige Elektronik und Anschlusstechnik immer preiswerter und performanter werden. Beide Trends lassen sich heute schon im Bereich der Consumer-Elektronik beobachten. In der Automatisierungswelt sind diese Ansätze bereits ebenfalls zu finden, scheitern aber oft an der industriegerechten Umsetzung.

Da die verwendete Elektronik in der Sensorik und Aktorik immer leistungsfähiger und preiswerter wird, nehmen auch die Anzahl und die Genauigkeit der Messgrößen zu. Zum Beispiel verfügt eine Stromversorgung heute schon über viele Daten, die aber mangels günstiger Schnittstellen nicht für andere Anwendungen zur Verfügung stehen – zum Beispiel Daten zur Temperatur oder zum Strom. Industrielle Sensorik, wie Durchfluss- oder Füllstandssensoren, verfügen oft zusätzlich über einen Temperatursensor, der meistens mangels Kommunikations-Interface nicht verwendet wird. Der ‚Devicenet of Things‘-Standard soll in diesen Bereichen neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.

Die Arbeitsgruppe ‚Devicenet of Things‘ setzt auf die industriellen Standards der ODVA. Der Ethernet/IP-Standard mit dem Common Industrial Protocol (CIP) ist eine erprobte Technik, um industrielle Geräte zu vernetzen. Für einfachere Anwendungen im Feldbusbereich wird das auf CIP basierende Devicenet eingesetzt. Die Idee ist es, aufbauend auf diesen Standards, ein einfaches und kostengünstiges ‚Devicenet of Things‘ zu standardisieren, um einfache Geräte, wie Motorstarter, Schütze, Stromversorgungen oder Überspannungsschutzgeräte, einbinden zu können.

Mehr Daten nutzen

Die Vorteile zeigt das Beispiel einer 24-V-DC-Stromversorgung in einem Schaltschrank. Heutige Stromversorgungen verfügen über einen Relaiskontakt, der ‚Spannung o.k.‘ signalisiert. Kommt es zu einem Ausfall, meldet dies der Relaiskontakt und die Maschine steht, da die Steuerspannung ausgefallen ist. Eine genauere Diagnose ist nicht möglich, denn weitere Signale fehlen. Wäre die Stromversorgung in das Netzwerk eingebunden, könnte sie einen kritischen Zustand schon vor dem Totalausfall signalisieren, zum Beispiel eine kritische Temperatur, eine Überlastsituation oder eine Unterspannung am Eingang. So kann beispielsweise ein kritischer Temperaturwert rechtzeitig gemeldet werden. Es liegt dann im Ermessen des Anwenders durch vorbeugende Wartung, zum Beispiel das Reinigen von Lüfter-Filtern, die Kühlung rechtzeitig wieder herzustellen. Aber nicht nur zur Überwachung, auch für Steuerungsaufgaben lässt sich eine solche Netzwerkschnittstelle verwenden. Der Anwender kann eine Stromversorgung gezielt ein- und ausschalten oder in einen Sleep-Modus versetzen, um Energie zu sparen. Bei anderen Geräten, zum Beispiel bei Geräten zur Blitz- und Überspannungsableitung, kann der Status der Schutzfunktion (Lebensdauer) und die voraussichtliche Schutzzeit zur vorbeugenden Wartung verwendet werden.

Technik im Detail

Die Ziele der Arbeitsgruppe

In der  Arbeitsgruppe ‚Devicenet of Things‘ soll ein System mit den drei folgenden Eigenschaften definiert werden:

  • Geräte, die bisher keinerlei Diagnostikfunktionen bieten, werden in ein Netzwerk eingebunden, um deren Statusinformationen verfügbar zu machen.
  • Ein Verbindungssystem mit Schutzart IP20, für die Verwendung im Schaltschrank, das die Verbindungskosten und Installationszeit deutlich reduziert.
  • Ein System mit einfacher Handhabung, mit automatischem Adressierungsschema, in dem keine Knotenadressen mehr festgelegt werden müssen.

Das ‚Devicenet of Things‘ böte dem Anwender so die Möglichkeit, die Zuverlässigkeit seiner Anlagen zu erhöhen, Energie zu sparen, sowie durch intelligentes Abschalten von Geräten und durch geringeren Verdrahtungsaufwand Kosten bei der Steuerungsverdrahtung zu sparen.

Die Technik soll möglichst einfach sein

Der Fokus der Arbeitsgruppe liegt darauf, ein möglichst einfach zu handhabendes System zu standardisieren, das dem Nutzer sowohl Kosten als auch Zeit sparen hilft. Der Anwender soll den Aufbau und die Inbetriebnahme schnell und einfach durchführen können. Er muss keine Adressschalter oder ein separates Softwaretool zur Adresseinstellung verwenden. Die Adressierung erfolgt automatisch, ebenso der Anschluss der Geräte, möglichst mit einem Kabel für die Signale und die Spannungsversorgung. Gerade bei kleinen, einfachen Geräten wird es möglich sein, mit einem einzigen Kabel die Spannungsversorgung des Gerätes und die Busanbindung herzustellen. Durch Stecken statt Verdrahten wird Zeit gespart und Fehler vermieden. Dies gilt auch für Aktoren, wie Schütze, Motorstarter oder Lampensäulen.

Durch die Integration in die industriellen Standards für Ethernet/IP und Devicenet ist für Kompatibilität gesorgt. In einem ‚Devicenet of Things‘-Strang ist es vorgesehen, bis zu 64 Geräte anschließen zu können, die sich im Bereich des Schaltschrankes befinden. Durch die Einbindung mehrerer ‚Devicenet of Things‘-Stränge lässt sich die Knotenanzahl erweitern. Für größere Entfernungen, aufgrund der Integration in das Common Industrial Protocol (CIP), ist die Umsetzung auf Ethernet/IP und Ethernet-Physik von Vorteil. Für die Durchgängigkeit, von der untersten Feldebene bis zur Leitebene, sorgt der CIP-Standard für alle Protokolle – ‚Devicenet of Things‘, Devicenet und Ethernet/IP. Für den Anwender bedeutet diese Durchgängigkeit sowohl Investitionsschutz bei seinen Anlagen als auch beim Know-how der Mitarbeiter. In der Praxis bedeutet diese Durchgängigkeit, dass bestehende Devicenet-Geräte in das ‚Devicenet of Things‘-Netzwerk integriert werden können und somit eine große Zahl an nutzbaren Geräten von Beginn an zur Verfügung stehen.

Organisation im Detail

Die ODVA

Die ODVA ist eine internationale Vereinigung, die 1995 gegründet wurde. Sie sieht ihre Aufgabe darin, offene und kompatible Informations- und Kommunikationstechnologien in der Automatisierungstechnik zu fördern. Das medienunabhängige Netzwerkprotokoll CIP (Common Industrial Protocol) und die Netzwerkanpassungen von CIP – Ethernet/IP, Devicenet, Componet und Controlnet – beschreiben die Kerntechnologien der ODVA. Um zukünftige Kompatibilität der Produktionssysteme und Integrationsmöglichkeiten von anderen Systemen zu gewährleisten, empfiehlt die ODVA, wann immer möglich, die Übernahme von COTS (commercial-off-the-shelf/serienmäßige Standard)-Lösungen und von standardisierten unveränderten Internet- und Ethernet-Technologien.