Klaus Weyer
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k.weyer@sercos.de
SPS IPC Drives Italia
Parma, ItalienHalle 5, Stand H041
Sercos präsentiert Industrie-4.0-fähige Demos, Sercos over TSN und mehr zur SPS IPC Drives Italia
Eine zentrale Rolle bei der Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten spielen Informations- und Kommunikationstechnologien. Bussysteme in der Produktion müssen dabei nicht nur gewährleisten, dass Maschinen und Anlagen schnell, sicher und präzise produzieren. Darüber hinaus müssen sie einen durchgängigen Zugriff auf produktionsrelevante Daten von beliebigen Abteilungen und Standorten eines Unternehmens auf die Geräte der Feldebene ermöglichen. Mit dem Industrie 4.0 Demonstrator von Sercos International wird aufgezeigt, wie Prozess- und Gerätedaten auf einheitliche und herstellerübergreifende Weise nicht nur lokal über den Echtzeitbus, sondern auch über OPC-UA für unterschiedliche Anwendungsszenarien zur Verfügung gestellt werden können.
Damit wird nicht nur der Datenaustausch zwischen Maschinenperipherie und übergeordneten IT Systemen vereinfacht. Auch die Anforderungen von Industrie 4.0 hinsichtlich einer semantischen Interoperabilität werden unterstützt. Die Multiprotokollfähigkeit von Sercos ermöglicht dabei verschiedene Realisierungsoptionen.
Ebenfalls mit dabei ist der Sercos TSN Demonstrator. Der Demonstrator zeigt erstmalig die Übertragung des Sercos-III-Echtzeitprotokolls über IEEE 802.1 TSN (Time-Sensitive Networks).
Der Sercos-TSN-Demonstrator wurde vom Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart mit Unterstützung von mehreren Industriepartnern realisiert. Er zeigt die Möglichkeiten auf, eine echtzeit- und multiprotokollfähige Netzwerkinfrastruktur auf Basis von TSN für die Automatisierungstechnik und darüber hinaus bereitzustellen.
Zum Einsatz kommt dabei ein TSN-basierter Sercos III SoftMaster mit einer Soft-CNC der Industriellen Steuerungstechnik GmbH (ISG), welcher über TSN-Switche der Firma Hirschmann Automation & Control GmbH mit Sercos-III-Servoantrieben der Firma Bosch Rexroth kommuniziert. Über dieselbe TSN-Netzwerkinfrastruktur werden parallel dazu Videostreams einer Webcam zu einem Remote-Display übertragen, ohne jedoch die Charakteristik und Funktionalität der Sercos-Echtzeit-Kommunikation zu beeinträchtigen.
Der Demonstrator stellt einen Proof of Concept dar, mit dem die native Echtzeitfähigkeit von Sercos innerhalb eines TSN-Netzwerks exemplarisch dargestellt wird.
Ziel bei der Gestaltung des Demonstrators war es, ein typisches Setup bestehend aus einer numerischen Steuerung sowie Antrieben um ein zwischengeschaltetes, echtzeitfähiges Netzwerk zu erweitern. Wesentlich hierbei war die Integration des Precision Time Protocol (PTP) nach IEEE 1588 in die Steuerung, sodass sämtliche Netzteilnehmer eine einheitliche Zeitbasis verwenden. Bei der Untersuchung des Echtzeitverhaltens konnte gezeigt werden, dass sich die Fehler in der Zeitsynchronisation auf einen zweistelligen Nanosekundenbereich beschränken.
Die Sercos SoftMaster Demo punktet mit einer offenen Kommunikationsanbindung „nach oben“ und „nach unten“. Sie basiert auf einem Sercos-III-SoftMaster-Core, der in Kooperation mit Bosch Rexroth entwickelt wurde und als Open Source Software zur Verfügung gestellt wird. Dank des Sercos III SoftMaster kann auf einen spezifischen Sercos-III-Masterbaustein in Form eines FPGAs oder ASICs verzichtet werden. Stattdessen kommt ein Standard-Ethernet-Controller zum Einsatz und die Sercos-III-Hardware-Funktionen werden in einer host-basierten Treibersoftware emuliert. Mit diesem Implementierungsansatz wird für eine große Zahl an Applikationen ein ausreichendes Echtzeitverhalten sichergestellt. Kommt ein Ethernet-Controller mit mehreren Queues und Telegramm Scheduling (wie z.B. der Intel I210™) zum Einsatz, können sogar Synchronitäten und höchste Verfügbarkeiten im Bereich eines hardware-basierten Masters erzielt werden.
Maschinenbauer und Steuerungshersteller können mit dem Sercos SoftMaster, gegenüber der bisher eingesetzten Lösung mit dem hardware-basierten Sercos Master, nun einen Industrie-PC ohne spezielle Feldbus-Hardware und ohne PCI-Slots zur Steuerung der Maschine verwenden. Durch den Einsatz des Sercos SoftMaster in Verbindung mit dem leistungsfähigem Intel I210 wird die CPU-Last bei gleichzeitiger Einsparung von Kosten und Bauraum deutlich reduziert. Der Sercos SoftMaster ist als Open-Source-Software-Lizenz für die allgemeine Nutzung im Softwarepool von Sercos International e.V. verfügbar.
Mit der Bereitstellung einer Sercos III SoftMaster-Implementierung als Open Source wird es für Hersteller sehr viel einfacher, einen Sercos III Master zu entwickeln und gleichzeitig an zukünftigen Verbesserungen und Erweiterungen der Software zu partizipieren. Steuerungssysteme können damit künftig einfacher, kompakter und günstiger gestaltet werden.
Neben der Sercos SoftMaster Demo werden weitere Demos sowie eine Vielzahl an Exponaten, die einen Querschnitt der rund 250 Sercos-fähigen Produkte bilden, auf dem Gemeinschaftsstand der Nutzerorganisation gezeigt.