Die Last der Vielfalt

Feldbusse als Open-Source-Architektur?

11. November 2020, 10:44 Uhr   |  Neal Ballinger, Vertriebsleiter für die EMEA-Region beim Automatisierungskomponenten-Zulieferer EU Automation

Feldbusse als Open-Source-Architektur?
© EA Automation

Busverkabelungen in der Industrie können sehr komplex sein.

Schon seit 30 Jahren vernetzen Feldbusse Produktionsanlagen intern – und immer noch sind zahlreiche unterschiedliche Systeme auf dem Markt. Bei Industrial Ethernet hat sich dies später genauso entwickelt. Wird und kann es jemals eine Open-Source-Feldbus- und Industrial-Ethernet-Architektur geben?

Im Laufe der Zeit hat der Personenbeförderungs-Vermittler Uber erkannt, dass er für das Marketing seiner zahlreichen Dienstleistungen allgemeingültige Designbibliotheken bereitstellen muss, damit die Designer seines Markenauftritts koordiniert arbeiten können. Dieser Ansatz erwies sich als Erfolg. Doch was können Automatisierungsfachkräfte daraus lernen? Gut erläutern lässt sich dies am Beispiel der Vielzahl inkompatibler Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systeme. Aber werden und können sich die Kommunikationsbusse jemals zu einer Open-Source-Architektur weiterentwickeln?

Im Jahr 2018 veröffentlichte Uber sein Open-Source-Projekt „Base Web“, eine umfangreiche Bibliothek für Elemente wie Buttons, Listen und Steuerungen mit einheitlicher Typografie, Farbpalette und Ikonografie. Davor hatten alle Dienstleistungen von Uber verschiedene Icon-Bibliotheken und Styles, bis das Unternehmen erkannte, dass allgemeine Transport- und Lifestyle Icons in sämtlichen Bereichen funktionieren würden. Die neue Open-Source-Bibliothek vereinheitlichte den Markenauftritt von Uber und ermöglichte es Designern, schneller und effizienter zu arbeiten.

Werden sich Feldbusse je in eine ähnliche Richtung bewegen? Im Jahr 1999 wurden mit der europäischen Norm IEC 61158 die Parameter für industrielle Kommunikationsnetze vorgegeben, die für alle konkurrierenden Feldbusse gelten und acht Protokolle umreißen, die „Typen“ genannt werden. Mehr als 20 Jahre später existieren die konkurrierenden Systeme nach wie vor.
Die dauerhafte Anwendung mehrerer konkurrierender Feldbustechniken bedeutete, dass sich der ursprüngliche Plan einer einheitlichen Kommunikationsweise nie in die Tat umsetzen ließ. Letztlich sind die Anwendungsgebiete der Feldbusse so vielseitig, dass ein allgemeines System unrealistisch erschien.

Doch hatte diese Uneinheitlichkeit negative Auswirkungen auf die Feldbusse?
Um diese Frage zu beantworten, ist es nötig, bei den Grundlagen anzufangen. Feldbusse sind eine Gruppe industrieller Netzwerkprotokolle für Echtzeit-Prozessleitsysteme. Mit ihnen lassen sich industrielle Anlagen und Maschinen miteinander vernetzen und so Netzwerktopologien wie etwa Stern, Ring, Verkettung und Baum bilden.

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© EA Automation

Neal Ballinger, EU Automation: »Es ist unwahrscheinlich, dass konkurrierende Feldbusse sich zu einer Open-Source-Architektur weiterentwickeln.«

Bevor die Feldbusse aufkamen, wurden Maschinen über RS-232-Verkettungen vernetzt, mit denen sich jeweils nur zwei Geräte miteinander vernetzen lassen. Durch die zunehmende Automatisierung der Fertigungsstätten ersetzten Feldbusse nach und nach die Punkt-zu-Punkt-Vernetzung zwischen Maschine und Steuerung. Bei Feldbussen sind mehrere Maschinen mit einem Verbindungspunkt verknüpft, der wiederum mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) verbunden ist. Dieses System reduziert im Vergleich zu RS-232-Schnittstellen die Komplexität und die Kosten der Verkabelung.

Feldbus ist kein Schnittstellentyp per se, sondern ein Oberbegriff für eine Gruppe von Protokollen wie etwa ControlNet in der Allen-Bradley-Familie, Modbus, Profibus, EtherCAT, HART und viele mehr. Um eine Kommunikation zu ermöglichen, benötigt die Werks-SPS ein Kommunikationsprotokoll, das mit den Feldgeräten kompatibel ist. Dafür ist nicht unbedingt ein Protokoll erforderlich, hinter dem der Hersteller der SPS steht – Profibus lässt sich beispielsweise mit allen SPSen der Allen-Bradley-Familie vernetzen. Dies ist aber nicht bei allen Protokollen der Fall, was die Sache für Hersteller verkompliziert, die nach den geeignetsten Protokollen suchen müssen, um dafür zu sorgen, dass ihre gesamte Ausrüstung miteinander kommunizieren kann.

Inzwischen hat das industrielle Ethernet die Feldbusse an Popularität überflügelt, obwohl der Feldbus-Markt segmentiert blieb: Untersuchungen des Industriekommunikationstechnik-Herstellers HMS Networks haben ergeben, dass Industrial Ethernet herkömmliche Feldbusse in puncto neu installierte Knoten überholt hat. Die Feldbusse wurden vom industriellen Ethernet unter anderem deshalb abgehängt, weil es einen höheren Datendurchsatz und größere Kabellängen ermöglicht.

Im Gegensatz zu den Design-Bibliotheken von Uber ist es aber unwahrscheinlich, dass konkurrierende Feldbusse sich zu einer Open-Source-Architektur weiterentwickeln. Dies hat die Entwicklung des industriellen Ethernets gezeigt: Es zielte ursprünglich auf die Vereinheitlichung der Kommunikationsinfrastruktur ab, doch momentan ist die Anzahl der Industrial-Ethernet-Lösungen auf dem Markt sogar höher als die Anzahl der Feldbusse. Das Problem der Komplexität bleibt also bestehen, wobei die Komplexität durchaus zwei Seiten hat: Einerseits erschwert sie Endverbrauchern einen Vergleich der verschiedenen Systeme, andererseits bedeutet sie aber auch, dass Hersteller viele Optionen haben.

Neal Ballinger ist Vertriebsleiter für die EMEA-Region beim Automatisierungskomponenten-Zulieferer EU Automation.

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