Erinnern Sie sich noch an die Zeiten, als Sie jedes Mal, wenn Sie einen neuen Drucker an Ihren PC anschließen wollten, die CD mit der Originalsoftware suchen mussten, um den Druckertreiber zu installieren? Oft mussten Sie sogar die Betriebssystemeinstellungen manuell anpassen, damit der Computeranschluss funktionierte und die Kommunikation mit dem Drucker hergestellt werden konnte. Anschließend überprüften Sie die Kabel immer wieder, in der Annahme, es gäbe ein Problem oder Sie hätten etwas falsch gemacht, obwohl dem nicht so war. Es war eine frustrierende und zeitraubende Angelegenheit – genau wie die Einrichtung von Industrieanlagen heutzutage.
Doch das muss nicht so sein. Da PC- und Peripheriegerätehersteller Ethernet eingeführt und gemeinsam Standards entwickelt haben, ist das Verbinden von Geräten und Ausführen von Anwendungen immer einfacher geworden. Heute dauert es nur noch einen Augenblick, einen neuen Drucker zu installieren, Dateien herunterzuladen und zu übertragen, verschiedene Dokumenttypen zu integrieren oder von praktisch überall auf der Welt auf E-Mails zuzugreifen. Mit der zunehmenden Verbreitung von Ethernet in der Fertigung erwarten Systementwickler, dass die gleichen Funktionen, die in Ethernet-basierten Bürosystemen zu finden sind, die Inbetriebnahme ihrer Fabriken weiter vereinfachen werden. Einer der wichtigsten Wege, dies zu erreichen, ist die Verbesserung der Interoperabilität und die Vereinfachung des Konfigurationsprozesses, damit Hardware und Software verschiedener Hersteller zusammenarbeiten können.
Einer der Faktoren, der die Interoperabilität von Geräten durch Hersteller einschränkt, ist der begrenzte Entwicklungsaufwand für Softwareschnittstellen zur Konfiguration und Parametrierung. Selbst bei Ethernet, mit mindestens fünf Hauptstandards (Profinet, EtherNet/IP, Modbus TCP, EtherCAT und Fieldbus H1) und einer Vielzahl kleinerer Varianten und älterer Systeme, ist die standardisierte Parametrierung beim Verbindungsaufbau zwischen Steuerung und Gerät eine große Herausforderung. Erschwerend kommt hinzu, dass jede Steuerung nach Verbindungsaufbau über proprietäre Programmiersoftware verfügt, die oft bestimmte Plug-ins oder Geräteanwendungen nicht unterstützt (ähnlich wie ein Webbrowser). Für den Anwender bedeutet dies, zusätzliche Herstellersoftware installieren, durch verschiedene Fenster navigieren und Daten in unbekannte Register kopieren zu müssen, um alles zum Laufen zu bringen.
Dennoch arbeiten einige zukunftsorientierte Hersteller an der Verbesserung der Interoperabilität und entwickeln gemeinsame Systeme, die die Kommunikation von Geräten verschiedener Hersteller innerhalb desselben Werks ermöglichen. Branchenverbände arbeiten an der Entwicklung offener Standards. Dies wird es Ingenieuren letztendlich erleichtern, Systeme zu installieren, ohne auf umständliche und zeitaufwändige manuelle Methoden zur Netzwerkaktivierung zurückgreifen zu müssen.
Die Weiterentwicklung des Fertigungsprozesses:
Ein vielversprechender Lösungsansatz liegt im Fertigungsprozess, der bereits seit Längerem den Einsatz von Field Device Template (FDT)-Softwarecontainern fördert. Dieser Standard ermöglicht es Unternehmen, die Integration standardisierter Device Template Manager (DTMs) von Geräteherstellern zu steuern. DTMs ermöglichen die Einbindung eines Geräts in eine Anwendung auf Systemebene.
So lassen sich beispielsweise Feldgeräte wie Regelventile oder Durchflussmesser in einem Lagertank auf einem landwirtschaftlichen Betrieb kalibrieren und parametrieren, um die korrekte Funktion des gesamten Systems zu gewährleisten. Mithilfe von FDTs kann ein Prozessleitsystem (DCS) eine gemeinsame Containeranwendung bereitstellen, die es ermöglicht, ein commDTM-Softwareobjekt jedes Herstellers innerhalb des Containers einzubinden, um das Gerät zu konfigurieren. Die Darstellung und Bedienbarkeit der Geräte bleiben konsistent, die Interoperabilität ist hervorragend, und der Benutzer kann die Konfiguration mit der Gewissheit durchführen, die korrekten Parameter in die richtigen Felder für alle Geräte eingetragen zu haben – unabhängig von Hersteller und Modell.
In der diskreten Fertigung verlief die Einführung dieser Technologie zunächst schleppend, wurde aber durch die Bestrebungen beschleunigt, unterschiedliche Standards wie EDDL und FDT in einem einzigen, leistungsstarken Standard zu vereinen. Dieser bietet eine universelle Methode zur Verbindung und zum Datenaustausch mittels OPC UA. EDDL (Electronic Equipment Description Language) wird in den Kernprozessen industrieller Hersteller verwendet, um die während der Konfiguration auf Geräten verfügbaren Informationen zu beschreiben. OPC (OLE for Process Control) wird von der OPC Foundation verwaltet und dient der standardisierten Darstellung von Daten gefertigter Anlagen, sodass beschreibende Datenbezeichnungen in verschiedenen übergeordneten Anwendungen verwendet werden können.
EDDL ist insbesondere für Diagnose und Parametrierung wichtig. Die Stärke von OPC liegt in der Datenerfassung und -visualisierung, während der Vorteil von FDT in der Konfiguration und Organisation von Geräteverbindungen liegt. Die Kombination dieser beiden Funktionen und ihre Zusammenführung in einem einzigen Standard ist ein für alle Anwender äußerst wünschenswertes Ziel. Ein kombinierter Standard würde es Geräteherstellern ermöglichen, ein einziges, standardisiertes Plug-in für alle Branchen und Anwendungen bereitzustellen. Die Überwachungssysteme der einzelnen Hersteller könnten dann die Anlagen navigieren, die standardisierten Etiketten finden und diese einheitlich in der Container-Anwendung anzeigen – als eine einzige, einheitliche Softwarekomponente. Wir wünschen uns dieselbe Benutzerfreundlichkeit wie bei modernen Druckern.
Der neue kombinierte Standard heißt FDI (Field Device Integration) und wird von fünf großen Netzwerkorganisationen und einigen der bekanntesten Unternehmen der Branche unterstützt (darunter Partnerunternehmen wie ABB, Emerson Process Management, Endress+Hauser, Honeywell, Invensys, Rockwell Automation, Siemens, Smar und Yokogawa). Die Veröffentlichung ist für Sommer 2010 geplant, und erste Informationen aus den Arbeitsgruppen zeugen bereits von großem Interesse. Obwohl FDI ursprünglich für die Prozessindustrie entwickelt wurde, geben die breite Unterstützung der Hersteller und die Marktpräsenz der Partner das Vertrauen, den Standard in allen industriellen Anwendungen flächendeckend einzusetzen.
Hindernisse für die Einführung:
Obwohl die Vorteile eines solchen Systems klar auf der Hand liegen, gibt es auch Hindernisse für seine Einführung. Erstens haben einige Automatisierungsunternehmen traditionell versucht, ihre Kunden durch proprietäre Systeme, geschlossene Softwarestrukturen oder abweichende Standards zu binden. Bei einem proprietären System haben Kunden aufgrund dieser speziellen Varianten Schwierigkeiten, bestimmte Geräte von anderen Herstellern zu beziehen. Ein offenes System hingegen bedeutet, dass Unternehmen ausschließlich über den Wert ihrer Leistungen konkurrieren. Angesichts der Herausforderungen der globalen Wirtschaft und der historisch bedingten Einfachheit der Kundenbindung durch rechtliche Eigentumsverhältnisse zögern einige Anbieter, eine solche Strategie zu verfolgen.
Ein weiteres Hindernis ist der schlichte Widerstand gegen Veränderungen. Manche Unternehmen haben gerade erst einen früheren Standard integriert und sind zurückhaltend, sofort ein weiteres Verbesserungsprojekt anzugehen. Andere haben aufgrund der aktuellen Wirtschaftslage Ingenieure entlassen und verfügen derzeit nicht über das Personal, um ein neues System einzuführen und zu erlernen. Hinzu kommt, dass viele Industriekunden übermäßig geduldig sind und Implementierungsprobleme häufig tolerieren.
Aus meiner Erfahrung in verschiedenen Branchen bin ich erstaunt darüber, dass Industriehersteller minderwertige Schnittstellen in ihren Automatisierungssystemen tolerieren. Ich habe Systemingenieure beobachtet, die zwei Wochen lang in der Fabrikhalle arbeiteten und verzweifelt versuchten, ein System zum Laufen zu bringen, bevor sie aufgaben und sich einem anderen zuwandten. Hätten sie ein reduziertes Produkt gekauft, würden sie das nicht tolerieren; wenn sie es nicht innerhalb von 30 Minuten zum Laufen bekämen, würden sie es sofort zurückgeben und ihr Geld zurückverlangen. Vielleicht bräuchten wir etwas mehr von dieser berechtigten Empörung auch in der Welt der industriellen Systeme.
Verfügbare Lösungen
: Anbieter und Anwender haben bereits jetzt Möglichkeiten, Automatisierungssysteme in der diskreten Fertigung zu optimieren, ohne auf weitere Standardisierung und breite Akzeptanz warten zu müssen. Einige Hersteller von Automatisierungssystemen öffnen bereits Teile ihrer Software, um die direkte Kommunikation von Drittanbietergeräten mit ihren Anlagen im Netzwerk zu ermöglichen. Dies ist zwar kein universeller, offener Standard, ermöglicht Partnerunternehmen aber zumindest den Zugang zu mehr Drittanbieterbereichen.
Rockwell Automation beispielsweise erlaubt Geräteherstellern die Entwicklung zusätzlicher Anweisungen (Additional Instructions, AOIs). Dabei handelt es sich um teilweise standardisierte Softwareelemente, die es Drittanbietern ermöglichen, verschiedene Codezeilen einzubinden, welche dem Softwaresystem die Vorbereitung ihrer Geräte in einem AR-Netzwerk (Allen-Bradley-Netzwerk) mitteilen. Dies ermöglicht die Entwicklung aussagekräftigerer Parameter anstelle reiner Adressierungsoptionen. Zudem verhalten sich Drittanbietergeräte dadurch ähnlicher wie andere Geräte im Rockwell-System.
Eine weitere Option besteht darin, dass Drittanbieter mit einem AR (Allen-Bradley-Operator) zusammenarbeiten, um umfassende Zusatzprofile mithilfe von Parametertabellen für ihre Geräte zu erstellen. Diese Geräte fungieren dann im Softwaresystem wie Allen-Bradley-Geräte. Ein Drittanbieter kann dies nicht eigenständig leisten. Sie müssen Rockwell Automation bestimmte Informationen bereitstellen und diese als Objekt für das Softwaresystem kompilieren lassen. Die Profile bieten den Benutzern jedoch zumindest einen einheitlichen, integrierten Zugriff.
Rockwell ermöglicht es Drittanbietern außerdem, Logik aus dem Steuerungsprogramm über DeviceLogix® zu exportieren. Dieses System erlaubt es dem Drittanbieter, das Kernlogikobjekt von außerhalb der Rockwell Automation-Programmierumgebung zu übernehmen und in seine Geräte zu integrieren, sodass es über das Netzwerk programmiert werden kann. Dadurch kann ein lokaler E/A-Block einfache Logik direkt am Gerät ausführen, anstatt extern an der Steuerung. Das Drittanbietergerät kann dann auf eine dem AR-Benutzer vertraute Weise programmiert werden. Dies ist ein kleiner, aber sehr nützlicher Schritt auf dem Weg zur vollständigen Integration.
Ein weiteres gutes Beispiel für die offenen Softwareelemente von Rockwell Automation ist RSLinx®, ein Kommunikationsserver, der die Anlagenkonnektivität für eine Vielzahl von Rockwell-Softwareanwendungen bereitstellt und die Fernkommunikation des Systems mit Feldgeräten ermöglicht. Molex Incorporated nutzt RSLinx über eine DLL-Schnittstelle, die die Verbindung zu ihren Geräten über AR-Pfade ermöglicht. Obwohl der Benutzer weiterhin auf ein Drittanbieter-Tool zur Gerätekonfiguration angewiesen ist, bietet die Nachverfolgung von Parametereinstellungen und die Einrichtung von Konfigurationen über die von Rockwell mit RSLinx erstellten Routing-Tabellen eine bessere Integration und ist einfacher zu implementieren als die Installation neuer Verbindungen. Systemingenieure können RSLinx als „Jumpbox“ nutzen, um jedes Gerät automatisch zu erkennen. Solche Mechanismen stellen sinnvolle Zwischenschritte auf dem Weg zu einem gemeinsamen offenen Ethernet-Standard dar.
Obwohl wir Rockwell Automation als Beispiel verwendet haben, bieten viele große Automatisierungsanbieter ähnliche Möglichkeiten zur Anbindung von Drittanbietergeräten an ihre Systeme, sofern sie über die nötigen Zeit- und Budgetressourcen für die individuelle Implementierung verfügen. Eine Weiterentwicklung dieses Prozesses – beispielsweise durch die Verwendung von FDI-Strukturen als branchenüblichen Standard – würde bedeuten, dass Anbieter nicht mehr mit diesen erheblichen Zeit- und Kostenbarrieren für die Erreichung echter Interoperabilität zwischen den verschiedenen Systemen auf dem Markt konfrontiert wären. Ingenieure müssten nicht mehr für jedes System eines anderen Herstellers individuelle Anleitungen erstellen. Innovation und Benutzerfreundlichkeit könnten weiter verbessert werden, wenn die für die Unterstützung der Ansätze von Wettbewerbern aufgewendete Zeit und das Geld stattdessen in eine höhere Benutzerfreundlichkeit investiert würden. Die Kosten für den technischen Support würden sinken, wenn sich alle Marktteilnehmer auf die unauffälligen Feinheiten des gemeinsamen Systems konzentrierten.
Eine einheitliche Plattform schafft Anreize für Innovationen. Anstatt sich mit der Einrichtung grundlegender Verbindungen und der Kommunikation mit Geräten auseinanderzusetzen, können Systementwickler eine gemeinsame Plattform nutzen, um ihre Anwendungen zu optimieren und sie einfacher und benutzerfreundlicher zu gestalten.
Der Unterschied zwischen offenen und proprietären Systemen in der Industrieautomation ist vergleichbar mit der Revolution, die wir heute bei Produkten wie dem iPhone oder Blackberry erleben. Die Entwicklung von Anwendungen für diese Geräte ist einfach, da sie unkompliziert und sehr offen sind. Dadurch können Drittanbieter führende Hersteller mit einer Vielzahl von Anwendungen unterstützen, die das Benutzererlebnis verbessern. Viele dieser Anwendungen werden unverzichtbar und vom Markt mit Spannung erwartet. Innovationen blühen auf und beschleunigen sich, je mehr Vertrauen die Entwickler in die Plattform gewinnen.
Ebenso verhält es sich mit einem Automatisierungsingenieur, der mit der Entwicklung verschiedener Anwendungen für Systeme von Emerson, Rockwell oder Siemens beauftragt ist: Seine Motivation liegt nicht in der Entwicklung hochmoderner Anwendungen, sondern vielmehr in der Aufrechterhaltung der grundlegenden Konnektivität. Wenn Unternehmen plötzlich die Freiheit haben, über die Grundlagen hinaus Innovationen zu entwickeln, weil Verbindungen und Formfaktor bereits vorhanden sind, werden Systemoptimierung und Kundenzufriedenheit deutlich steigen. Es liegt an allen Beteiligten der Industrieautomation, dies zu verwirklichen.
Molex unterstützt nachdrücklich die Entwicklung eines integrierten Ansatzes. Wir haben, zusammen mit anderen Unternehmen, FDT und OPC eingeführt und arbeiten an deren Zusammenführung im FDI-Standard. Dank unserer langjährigen Erfahrung in der Integration von Produkten verschiedener Systemanbieter sind wir uns der Herausforderungen und Vorteile bewusst, die der Wechsel zu FDI für ein besseres Kundenerlebnis mit sich bringt. Die Einführung einer gemeinsamen Plattform wie FDI wird die Arbeit deutlich vereinfachen.
Molex ist eine eingetragene Marke der Molex Incorporated.
DeviceLogix und RSLinx sind eingetragene Marken von Rockwell Automation.
Alle anderen Produkt- und Firmennamen sind Marken ihrer jeweiligen Inhaber.
