Die drahtgebundenen Ethernet-basierten Kommunikationsleitungen für den Datenaustausch beziehungsweise die Vernetzung von Industrieanlagen werden gegenwärtig in der Regel noch nicht kontinuierlich überwacht. Ein Grund dafür ist neben der hohen Anzahl an Ethernet-Kabeln, dass die meisten dieser Leitungen verdeckt und schwer zugänglich verlegt sind. Kabelbrüche und Störungen müssen bislang meist bei Maschinenstillstand und losgelöst von der Anlage mithilfe von zusätzlichen Messgeräten untersucht werden.

Vor diesem Hintergrund fiel Mitte 2017 der Startschuss zu dem auf zwei Jahre angelegten  Forschungsvorhaben „Ko²SiBus – Kontinuierliche und kostengünstige Signalüberwachung für industrielle Bussysteme“. Im Rahmen dieses vom BMWi geförderten Projektes werden das Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (ivESK) an der Hochschule Offenburg und das Team der Professur für Mess- und Sensortechnik an der Technischen Universität Chemnitz gemeinsam mit dem IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme neue Lösungen erarbeiten, mit denen sich solche Ausfallzeiten und Wartungsaufwände in Industrieanlagen deutlich verringern lassen, die auf bislang schwer auffindbare Störungen in Datenkabeln zurückzuführen sind.

Das neue Konzept soll es auch erlauben, die Monitoring-Daten über eine einheitliche und offene Schnittstelle weiterzugeben, so dass eine Integration in kundenspezifische Monitoring-Lösungen einfach möglich ist. Die Lösung soll in bestehende Anlagen nachgerüstet werden können, zum Beispiel als Erweiterung für Switches, und sich als Feature direkt in Netzwerkknoten von Industrie-4.0-Anlagen integrieren lassen.

Der projektbegleitende Ausschuss besteht aus folgenden Industriepartnern: Bosch Rexroth, Gemac – Gesellschaft für Mikroelektronikanwendung, Hilscher, Indu-Sol, Pilz, R. Stahl Schaltgeräte, Renesas Electronics, Sick, Stackforce und Turck.

TU Chemnitz erforscht Verfahren zur Kabeldiagnose

Die TU Chemnitz liefert die theoretische Vorarbeit für die Entwicklung des eingebetteten Kabeldiagnoseverfahrens in Ko²SiBus. Hierzu werden eine Vielzahl bestehender Prüfverfahren verglichen und analysiert, wie zum Beispiel die Time Domain Reflectometry (TDR). Die zentrale Herausforderung ist hierbei, das Diagnoseinstrument in Industrieanlagen einzusetzen, ohne dafür deren Betrieb zu unterbrechen. Damit soll eine wesentliche Verbesserung zum derzeitigen Stand der Technik erreicht werden. Auf Basis eines speziell angepassten Demonetzwerks soll die Theorie mit der Praxis verglichen werden, unter anderem durch die Betrachtung von typisch auftretenden Kabelfehlerereignissen.

HS Offenburg arbeitet an Kommunikationsschnittstellen

Die Hochschule Offenburg befasst sich in dem Projekt überwiegend mit den erforderlichen Kommunikationsschnittstellen, über welche die Analysedaten an höhere Systeme weitergegeben werden. Dabei kommen Standardprotokolle zum Einsatz, die für die Verwendung auf kleinen leistungsarmen Mikrocontrollern angepasst und optimiert werden müssen. Zudem werden von der Hochschule Offenburg die entsprechenden Steuerungen der Analysefunktionen umgesetzt.

IMMS entwirft Schaltungskonzepte

Das IMMS wird auf der Grundlage dieser Zuarbeiten ein eingebettetes System entwerfen und hierfür  passende Schaltungskonzepte erarbeiten. Basierend auf dem Know-how aus Entwicklungen für Sensoriklösungen unter anderem zum Monitoring von Industrieanlagen wird in Ko²SiBus ein System realisiert, das physikalische Signalparameter mittels integrierter analoger und digitaler Bauteile verfolgt und Abweichungen an eine Überwachungszentrale meldet. Die Funktionalität soll anhand eines Demonstrators, den das IMMS aufbauen wird, erprobt werden.