Unabhängige und offene PROFINET-Antriebslösungen
- Automatisierung
- 29.2.2024
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Industrial Ethernet hat seinen Marktanteil in den vergangenen acht Jahren glatt verdoppelt. Die jährliche HMS-Netzwerkstudie prognostizierte für 2015 noch einen Anteil von 34 Prozent in der gesamten Fertigungsautomatisierung, für 2023 bereits 68 Prozent. Unterschieden nach eingesetzten Standards liegt demnach PROFINET an erster Stelle gleichauf mit Ethernet/IP mit 18 Prozent.
Ein differenzierteres Bild ergibt sich, wenn man ausschließlich auf die Servo- und Antriebstechnik blickt. Laut der Marktstudie „Servoantriebe 2019“ wuchs der Anteil von PROFINET in diesem Segment von 19 Prozent im Jahr 2011 auf 63,3 Prozent im Jahr 2019. Die weiteren Planungen der Befragten deuteten auf einen Ausbau des Marktanteils auf rund 65 Prozent in den Folgejahren. An zweiter Stelle der Ethernet-Protokolle wurde Ethernet/IP genannt (26,7 Prozent), das aber perspektivisch kaum wächst, sondern von EtherCAT überholt wird. 2011 noch bei 13 Prozent, stieg dessen Anteil bis 2019 auf 25,4 Prozent und in der Prognose auf mehr als 31 Prozent (Mehrfachnennungen möglich, daher Summe aller Nennungen >100 Prozent).
Absehbar war zudem bereits 2019 der Aufstieg von OPC UA, während andere Anschlussarten, wie analoge Schnittstellen/Eingänge oder traditionelle Bussysteme, deutlich an Bedeutung verloren. Inzwischen zeigt sich, dass die Kombination von PROFINET mit OPC UA den Standard attraktiv hält und als Fundament für Time-Sensitive Networking (TSN) dienen kann. Auch die Integration drahtloser Übertragung mittels 5G ist bereits möglich – zumindest mit Siemens-Mobilfunktechnik.
PROFINET ist eine Industrial-Ethernet-Variante, standardisiert in den Normen IEC 61158 und IEC 61784.
Grenzen der Herstellerneutralität
PROFINET ist eine Industrial-Ethernet-Variante, standardisiert in den Normen IEC 61158 und IEC 61784. Laut der Nutzerorganisation Profibus & PROFINET International (PI) wurden inzwischen 58,7 Millionen PROFINET-Produkte in Anlagen verbaut. Es ist als herstellerneutrale Technologie konzipiert, mittels Zertifizierungen sollen Konnektivität und Interoperabilität zwischen Komponenten verschiedener Anbieter sichergestellt werden.
Doch in der Praxis ergeben sich immer wieder Hürden. Denn die verschiedenen Geräte müssen nicht nur die Vorgaben des Kommunikationsstandards einhalten, sondern auch die Funktionen des Gegenübers unterstützen, um zusammenarbeiten zu können.
Ein Bereich, in dem sich das besonders deutlich zeigt, ist die Antriebstechnik. Hier gibt es sogar mit PROFIdrive ein spezielles Anwendungsprofil, das die Funktionalität standardisiert. Ein Systemlieferant wie beispielsweise Siemens bietet allerdings nur wenig Unterstützung für Antriebstechnologien jenseits des eigenen Motorenportfolios, da hier das Komponentengeschäft nur eine untergeordnete Rolle spielt. Wer in seinen Industrie-Applikationen aufgrund spezieller Anforderungen Linear- oder Torquemotoren, Hochgeschwindigkeits- oder Einbaumotoren zum Einsatz bringt, muss daher auch bei der Antriebssteuerung auf alternative Lösungen ausweichen – Herstellerneutralität hin oder her. Gleiches gilt, wenn man einen zweiten Antriebslieferanten berücksichtigen will, um eine bessere Verfügbarkeit zu gewährleisten.
Mehr Flexibilität, …
Hier gibt es durchaus interessante Angebote, die mehr Optionen bieten als die Lösungen des Branchenriesen. Ein Beispiel ist KEBA mit ihrer Plattform KeDrive D3, die verschiedene Antriebstechnologien unterstützt – auch solche, die nicht bei KEBA im Programm sind. Maschinenbauer und Anlagenbetreiber haben mit solchen Antriebsreglern eine wesentlich höhere Flexibilität bei der Auswahl der Motoren und sind damit in der Lage, jeweils genau die passende Lösung gemäß den Anforderungen der Kunden zu entwickeln.
Es gibt jedoch auch einige Punkte, die bei der Suche nach Alternativen zu beachten sind. Eine davon ist die Zertifizierung des PI Competence Center Comdec. Nur damit erfüllen die Geräte nachgewiesenermaßen neben den PROFINET-Grundfunktionen sämtliche Anforderungen des Echtzeitprotokolls PROFINET IRT (Isochronous Real-Time), mit dem sich synchronisierte Mehrachsanwendungen steuern lassen. Dies ist insbesondere für Roboter-Applikationen von Bedeutung.
Genauso wichtig ist die Zertifizierung gemäß des Profils PROFIsafe (IEC 61784-3-3). Nur mit dieser sind die in der Norm definierten Anforderungen zur Funktionalen Sicherheit gewährleistet. Ebenso gibt es eine eigene Zertifizierung nach dem Anwendungsprofil PROFIdrive (normiert gemäß IEC 61800-7).
KEBA hat als einer der ersten Anbieter von Comdec eine PROFIdrive-Zertifizierung erhalten, die Grundlage für eine schnelle und problemlose Integration ist. Da KeDrive D3 neben PROFINET auch EtherCAT und Powerlink unterstützt, deckt es beinahe die Hälfte des Marktes für Industrial Ethernet ab.
… bessere OEE
Neben der höheren Flexibilität bei der Antriebstechnik bieten die Antriebsregler-Hersteller noch individuelle Mehrwerte, die sich positiv auf die Effizienz der Gesamtlösung auswirken. Beispielsweise hat KEBA den Integrationsgrad so stark erhöht, dass das KeDrive D3 gegenüber einem Einzelachssystem der Wettbewerber um bis zu 75 Prozent weniger Platz benötigt; bei einem Mehrachssystem mit Doppelachsmodulen sind es bis zu 20 Prozent. Der Grund liegt darin, dass KEBA der einzige Anbieter im PROFINET-Segment ist, der drei Servoachsen in nur einem kompakten Gehäuse anbietet.
Mit einer kompakteren Lösung kann das Antriebssystem näher an die Maschine heranrücken oder sogar in die Maschine integriert werden, was wiederum weniger Verkabelung, weniger Materialeinsatz und damit reduzierte Kosten bedeutet. Eine geringere Komplexität und vereinfachtes Engineering wirken sich zudem positiv auf Time-to-Market und die Wirtschaftlichkeit im Entwicklungsprozess aus.
Weitere Punkte zahlen auf die Verbesserung der OEE (Overall Equipment Effectiveness), zu Deutsch Gesamtanlageneffektivität, ein. Diese ist von verschiedenen Faktoren abhängig, zentral sind Verfügbarkeit, Leistungsgrad und Qualität. Übersetzt man diese drei Faktoren auf die Funktionen eines Antriebsreglers, dann stellt sich bei der Auswahl also die Frage nach der Performance hinsichtlich Konnektivität und Zuverlässigkeit, der Dynamik sowie der Präzision.
Einen Weg zur Verbesserung der Verfügbarkeit bietet Predictive Maintenance, also eine vorausschauende Wartung, die jedoch eine entsprechende Datenbasis benötigt, um zielgenau planen zu können. KeDrive D3 bringt beispielsweise Funktionen zum Condition Monitoring im Antrieb mit. Für das „Drive-based Condition Monitoring“ werden primär Vibrationsfrequenzen des Antriebsstranges und sekundär Temperaturwerte herangezogen, um Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand des Antriebsstrangs ziehen zu können. Der Austausch von schadhaften Komponenten kann so frühzeitig geplant und ein plötzlicher Stillstand der Maschine vermieden werden.
Um die Grenzen der Dynamik auszureizen und zugleich die Präzision zu optimieren, stehen bei Produkten der KeDrive D3-Reihe Funktionen wie die Kompensation von Geberfehlern, Rast- und Reibmomentkompensation sowie eine prädiktive Vorsteuerstruktur mit Piko-Interpolation zur Verfügung. Mit diesen Methoden lassen sich unter anderem Schleppfehler um bis zu 80 Prozent reduzieren.
KEBA ist einer der ersten Anbieter mit einer PROFIdrive-Zertifizierung, die Grundlage für eine schnelle & problemlose Integration ist.
Umfassende Unterstützung für Entwickler
Mit nützlichen Softwaretools unterstützt KEBA ihre Kunden und trägt dazu bei, den Entwicklungsprozess rund um die KeDrive-D3-Antriebstechnik zu vereinfachen. Die initiale Antriebsauslegung erfolgt dabei mit der Software Servosoft.
In der All-in-one-Engineering-Suite KeStudio hilft der KeStudio DriveManager bei der Antriebsoptimierung. Eine dialoggeführte Inbetriebnahme und die grafische Unterstützung sind die Basis für eine schnelle und dennoch präzise Antriebseinstellung. Das im Motor integrierte elektronische Typenschild ermöglicht zudem eine einfache automatisierte Grundeinstellung des Motors und Gebers.
Fazit
Es gibt durchaus Gründe, die für eine Antriebslösung „aus einer Hand“ sprechen, wie beispielsweise eng aufeinander abgestimmte Komponenten und einen einheitlichen Ansprechpartner.
Es gibt aber auch genauso gute Gründe dagegen – PROFINET lässt das als herstellerneutrale Lösung prinzipiell zu. Jedoch muss man in der Praxis dennoch darauf achten, dass die Komponenten tatsächlich zueinander passen, beispielsweise die gewünschte Antriebstechnik und Funktionen wie PROFIsafe unterstützen. KeDrive D3 bietet hier eine große Flexibilität, und darüber hinaus noch weitere Vorteile wie den kompakten Aufbau und weitere Funktionen zur Optimierung der OEE. Dass sowohl bei der (zeitkritischen) Kommunikation als auch bei der Funktionalen Sicherheit alles funktioniert, wie es soll, gewährleisten die verschiedenen PROFINET-Zertifizierungen.
