Weil sich mittels IO-Link Parameterdaten direkt aus der Applikation heraus dynamisch ändern lassen, sind die Devices während des Betriebes auf die jeweiligen Produktionserfordernisse eistellbar.

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Zusätzlich zu den Anforderungen an Transparenz und Intelligenz sind unter anderem die Faktoren Platzbedarf und Flexibilität entscheidend für moderne Maschinenkonzepte.

Will heißen: Immer mehr Sensoren und Aktoren sind auf weniger Platz anzuschließen. Durch die Verwendung von Peripherie in IP65/67 lässt sich grundsätzlich Zeit bei der Projektierung einsparen, indem planungs- und designtechnisch aufwendigere Schaltschranksysteme durch flexibel montierbare schaltschranklose Systeme ersetzt werden. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Peripherie in IP65/67 für außerhalb des Schaltschranks liegt in der einfachen Nachrüstbarkeit: Sollte während der Realisierung einer Maschine auffallen, dass zusätzliche IOs vonnöten sind – etwa resultierend durch einen kurzfris­tigen Kundenwunsch –, so sind diese nachträglich ohne großen Aufwand montierbar. Bei Schaltschränken hingegen müssten entweder von vornherein Reserven eingeplant oder eventuell sogar neue Schaltschränke konzipiert werden.

Eine Hilfe für den Maschinenbauer ist in diesem Zusammenhang die Konfigurationssteuerung – auch Optionenhandling genannt. Diese I/O-Systemfunktion ermöglicht es, in einem einzigen Projekt verschiedene Ausbaustufen einer (Serien-)Maschine zu bedienen, ohne dabei die Hardware-Konfiguration oder das Anwenderprogramm ändern zu müssen. Damit ist es möglich, verschiedene Typen (Optionen) einer Maschine anhand eines bestehenden ‚Maximal-Aufbaus‘ zu definieren. Somit müssen nicht für jeden Maschinen-Typ einzeln Projekte und Hardware-Konfigurationen gepflegt werden, sondern lediglich ein einziges. Später sind dann durch die Aktivierung und Deaktivierung der vorher definierten Optionen verschiedene Ausprägungs-Stufen der Maschine oder auch Anlage realisierbar. Dies funktioniert sogar zur Laufzeit der CPU und gilt ebenso für fehlersichere Baugruppen, sodass existierende Maschinen zu einem späteren Zeitpunkt einfach um weitere Optionen ergänzt und nachgerüstet werden können.

Das modulare System ET 200pro kennzeichnet die Trennung von Funktions- und Anschlussmodul. Zudem verfügt es über einen aktiven Rückwandbus, sodass ein Modultausch auch im laufenden Betrieb – sprich Hot swapping – möglich ist.

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Aufgrund der Vielfalt an unterschiedlichen Maschinen- und Anlagentypen lassen sich sämtliche Anforderungen nur schwer in einem einzigen, universellen E/A-System vereinen. Aus diesem Grund hat Siemens mehrere, dem individuellen Einsatzfall angepasste ET-200-Varianten in Schutzart IP65/67 konzipiert – alle jedoch mit der gleichen Datenbasis und einheitlicher Handhabung in der Engineering-Umgebung.

Eines davon ist das modular aufgebaute System ET 200pro. Mit einer breiten Funktionalität an (fehlersicheren) digitalen und analogen I/O-Modulen bietet sich dieses speziell für Motion-Aufgaben an. Neben Motorstarter- und Frequenzumrichter-Modulen zur direkten Ansteuerung und Regelung von Motoren beinhaltet das System zudem eigene CPUs mit voller Simatic-S7-1500-Funktionalität bezüglich Technologie, Performance, Safety und Security. Damit sind mittels integrierter Technologiefunktionen Aufgaben wie etwa Positionieren, relativer Gleichlauf und Lageregelung einfach umsetzbar.

Datenschutz von außen und innen

Da Daten – der neue ‚Rohstoff‘ der Industrie 4.0 – eines der wertvollsten Güter einer Anlage darstellen können, muss es oberstes Ziel sein, diese zu schützen. Siemens verfolgt hier den Ansatz eines ‚In-Depth‘-Security-Konzepts. Das bedeutet für die CPU Zugriffsschutz von außen und Manipulationsschutz von innen, sodass die unterlagerte E/A-Ebene sicher gekapselt ist – zum Beispiel durch ein Schutz-Level-Konzept mit mehrstufigen Zugriffsrechten für die Überwachungs- und Steuerungsfunktionen des HMI und integrierten Webservers sowie über die verschlüsselte Datenübertragung inklusive Zugriffskontrolle bei Fernzugriffen via WLAN-Netzwerk beziehungsweise direkt über das Internet. Nicht zuletzt lassen sich mit diesem Konzept auch manipulierte Kommunikationsdaten zwischen CPU, Engineering und HMI erkennen. Kurzum: Daten aus dem Feld können so gefahrlos eingesammelt und sicher an überlagerte Steuerungen, Systeme oder auch nur lokal angeschlossene HMIs übertragen werden. Und über die OPC-UA-Schnittstelle lässt selbst die Anbindung an Fremdsysteme unproblematisch herstellen.

Die Einfachheit in der Handhabung von Peripherie in IP65/67 liegt insbesondere in ihrem kleinen Footprint und der einfachen Montage-Möglichkeit. So lassen sich selbst entfernteste Teile einer Maschine oder Anlage bequem erreichen.

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Was die Themen Flexibilität und Einfachheit angeht – zwei weitere E/A-Grundpfeiler in der Industrie 4.0 – kann jedoch einer Blockperipherie in Schutzart IP65/67 wie zum Beispiel der Simatic ET 200AL kaum eine andere Lösung das Wasser reichen. Deren robuste Module sind nahezu beliebig innerhalb einer Maschine oder Anlage installierbar und eignen sich damit besonders für platzkritische Umgebungen. Aufgrund ihrer kleinen Bauart (30/45 mm x 159 mm x 40 mm) und dem leichten Kunststoffgehäuse lassen sie sich sogar auf beweglichen Anlagenteilen anbringen.

Neu im Portfolio ist bei diesem System ein 16-kanaliges Digitalmodul, dessen Kanäle frei und je nach Bedarf als Eingänge, Ausgänge oder sogar Zähler parametrierbar sind. Für den Anwender bedeutet dies: Er kann seine Lagerbestände standardisieren, ohne dabei Flexibilität in der Anwendung einzubüßen. Weitere Vorteile der Lösung, die unter anderem zu einer einfachen  Handhabung beitragen: freie Wahl der Einbau­lage, auf den Modulen aufgebrachte CAx-Bezeichnungen, farbcodierte Kabelkennzeichnungen sowie eine integrierte Befestigungsmöglichkeit für Kabelbinder.

Um selbst bei widrigsten Umweltbedingungen volle Funktionalität zu liefern, wurde die Simatic ET 200eco PN – ebenso eine kompakte Blockperipherie in Schutzart IP65/67 – in ein vollvergossenes Zinkdruckgehäuse verpackt. Dies verleiht ihr eine sehr hohe Resistenz gegenüber Vibrationen (dauerhaft bis 20 g), Staub, Öl oder Feuchtigkeit, was den Einsatz selbst außerhalb von Produktionshallen bei Temperaturen von –40 °C bis + 60 °C ermöglicht. Durch die Stabilität des Gehäuses und der damit erreichten extremen Robustheit gegenüber Schwingungen und Stößen ist sie jedoch genauso für den maschinennahen Einsatz geeignet.

Redundanz sorgt für Verfügbarkeit

Die Simatic ET 200eco PN ist aufgrund ihres vollvergossenen Zinkdruckgehäuses ­mechanisch sehr robust und resistent gegen Vibrationen bis 20 g, Staub, Feuchtig­keit und sogar Öl. Das ermöglicht den Einsatz in Outdoor-Bereichen und in Ex-Zone 2.

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Was aber hilft der beste ‚Datensatellit‘, wenn die Verbindung zu ihm gekappt wird und er infolgedessen keine Daten mehr liefern kann. Um einem oft kostspieligen Ausfall der Maschine oder eines Anlagenteils aufgrund einer Trennung der Busverbindung vorzubeugen, unterstützen die erwähnten E/A-Systeme alle das sogenannte Media Redundancy Protocol (MRP). Dieses ermöglicht den Aufbau einer Ringstruktur des Profinet-Busses, sodass trotz Ausfall einer Busleitung beziehungsweise eines Bussegmentes die Kommunikation zu den I/O-Systemen bestehen bleibt.

Ihr volles Potenzial erreichen die individuell auf die jeweilige Zielapplikation zugeschnittenen Mitglieder der ET-200-Familie jedoch erst im Zusammenhang mit der Engineering-Plattform TIA Portal. Hierzu zählt zum Beispiel die systemweite Diagnose in Klartext (ohne Programmierung), aber auch die neue Funktion zur automatischen Detektion von angeschlossenen Profinet-I/O-Devices. Letztere erspart die zeitraubende manuelle Suche von Modulen im Hardware-Katalog und deren Einfügen in die Konfiguration. Per ‚Hardware detect‘ können die E/As stattdessen automatisch erkannt und ins Projekt integriert werden. Dies spart viel Zeit und eliminiert eine typische Fehlerquelle – und zwar die versehentliche Falschauswahl eines Moduls.

Mit dem steigenden Bedarf, was die Maschinen-Performance und die Individualisierung von Produkten angeht, wird auch der Anspruch an die dezentralen E/A-Systeme weiter steigen. Sei es, dass zunehmend technologische Funktionen wie beispielsweise Taktsynchronität auch in IP67 zum Einsatz kommen, um den Maschinentakt weiter steigern zu können. Oder dass die intelligente Datenauswertung vermehrt Einzug in die E/A-Ebene hält – ergänzt durch Module, die zur Laufzeit noch funktional adaptierbar sind.

Zusammenfassend ist die zu Beginn gestellte Frage klar zu beantworten: Peripheriesysteme zur Installation außerhalb des Schaltschranks waren nie zeitgemäßer als heute. Sie stellen ein Maß an Flexibilität und Vielseitigkeit zur Verfügung, das durch Systeme für den Schaltschrank nie zu erreichen wäre, zur Erfüllung der Anforderungen an moderne Maschinen- und Anlagenkonzepte aber essenziell ist.

Autor:
Alexander Kessler ist Marketing Manager für I/O-Systeme bei Siemens.