DCU-Funktionalität - neue Wege in die Automatisierung intelligenter Fabriken

In unserem vorherigen Blog über die "4 Vorteile von universellen E/A-Modulen für intelligente Fabriken" haben wir diskutiert, wie universelle Eingang/Ausgang (E/A)-Module es Maschinenbauern ermöglichen, mit weniger mehr zu erreichen. Heute diskutieren wir darüber, wie mit der Aufrüstung auf einen bestimmten Typ von E/A-Modulen - verteilte Steuerungseinheiten (Distributed Control Units - DCUs) - eine neue Dimension an Effizienz und kostengünstiger Automatisierung für intelligente Fabriken erreicht werden kann.

Der Trend zur Dezentralisierung in der Automatisierungsbranche erfordert immer mehr, dass Maschinen und Fertigungslinien modular arbeiten werden können. Dies bedeutet einen optimierten Betrieb und Wartung (Reduzierung von Ausfallzeiten) und zukunftssichere Fabriken, so dass Upgrades problemlos in bestehende Netzwerke integriert werden können. Möglich wird diese Änderung durch die Erweiterung der universellen E/A-Module um die Funktionalität einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Diese so genannte DCU-Funktionalität unterstützt die separate Steuerung von einzelnen Teilen der Produktionslinie und fungiert als Kommunikationsvorrichtung, die alle Komponenten miteinander verbindet.

Was sind Verteilte Steuerungseinheiten? (DCUs)

DCUs sind E/A-Module mit integrierter SPS-Funktionalität, die Sensoren und Aktoren verbinden. Sie ermöglichen eine Automatisierung - von einfachen logischen Operationen bis hin zu weitaus komplexeren Steuerungsproblemen. Dank DCUs ist das auch ohne eine übergeordnete SPS möglich - ein Gerät, das in einer Produktionslinie weitaus schwieriger zu ersetzen ist.

Eine Alternative zur SPS zu finden, ist eine wesentliche Verbesserung für Hersteller, die ständig gefordert sind, ihre Effizienz zu verbessern. DCUs übernehmen die Kommunikation, trennen Diagnose- und Prozessdaten und ermöglichen cyber-physikalische Verbindungen - all dies entlastet das Netzwerk, was üblicherweise durch die SPS bewerkstelligt wird. Dadurch verbleiben Prozessdaten von Sensoren und Aktoren in der Nähe des jeweiligen Maschinenteils, um die Überwachung einzelner Maschinen zu erleichtern. Und aus Sicherheitsgründen bleibt das geistige Eigentum von Subsystemen innerhalb der Maschine - eine viel sicherere und dezentralere Methode als dessen Weitergabe durch eine SPS.

Universelle E/A-Module, insbesondere mit integrierter DCU-Funktionalität, sind der Schlüssel zum Maschinenbau der Zukunft. 

DCUs bieten Anwendern mehr Flexibilität als je zuvor, da sie neue Wege zur Verbesserung der Effizienz, Benutzerfreundlichkeit und Installation der Technologie in ihren Anlagen finden. Hier sind drei Betriebsarten, die eine DCU in Ihrem Netzwerk ausführen kann:

Klassischer E/A-Slave-Betrieb

Typischerweise übertragen E/A-Module immer Eingangsdaten an eine Steuerung und stellen einen Ausgang nur dann bereit, wenn diese das verlangt. Durch den Betrieb im klassischen E/A-Slave-Modus benötigen Sie kein Programm innerhalb der DCU.

Kombinierter DCU/SPS Modus

In diesem Modus befindet sich die Intelligenz (Steuerungsprogramm) im E/A-Modul, aber die Anwendung startet, stoppt oder übermittelt Daten an die SPS nur auf Befehl.

Eigenständiger DCU-Betrieb

Die Intelligenz (das Steuerungsprogramm) befindet sich innerhalb des E/A-Moduls, so dass keine E/A-Daten mit der SPS ausgetauscht werden müssen, um festzustellen, was mit den Signalen geschehen soll. Das Modul ist völlig unabhängig von jedem Engineering-Tool und eine Anbindung an die SPS ist nicht erforderlich. Diese Option ermöglicht "One-Device-Automation".

Wie DCUs Markttrends begegnen

Im Umfeld der industriellen Automatisierung vereinen DCUs funktionale und finanzielle Vorteile sowohl für den Maschinenbauer als auch für den Endanwender. Hier ist eine kurze Aufzählung von weiteren DCU-Vorteilen, die dazu beitragen intelligente Fabriken zu verbessern, Innovationen zu fördern und Infrastrukturen zu transformieren.

Intelligente Fabriken verbessern

Markttrends: Das Management von Big Data und Cloud Computing erfordert innovative und flexible Ansätze zur Verbindung von Feldbusmaschinen mit IP-Netzwerktechnologien. Hersteller fordern intelligente Produkte, die eine schnellere und einfachere Busankopplung von Geräten ermöglichen - Geräte, die jederzeit Informationen zu jedem Ereignis mit dem Ethernet-Netzwerk austauschen können. Eine einfachere Kopplung von Geräten ist von entscheidender Bedeutung, wenn Ergänzungen vorgenommen oder die Teile eines Netzwerks neu konfiguriert werden, um Ausfallzeiten zu reduzieren.

Mit DCUs: DCUs können Datenübertragungslösungen vereinfachen und bestehende Systeme anpassen. Dies ist auf die "Plug-and-Produce"-Kompatibilität der DCUs zurückzuführen, die eine einfache Anpassung an bestehende Systeme und eine vereinfachte Datenübertragung von einzelnen Maschinen ohne eine Kommunikation mit der SPS ermöglicht. (Suchen Sie nach DCUs mit Multiprotokolloptionen, die die wichtigsten Ethernet-Protokolle unterstützen: PROFINET, EtherNet/IP und EtherCat.)

Unternehmensinnovation fördern

Markttrends: Unternehmen stehen unter dem Druck, ihre Maschinen zu modernisieren, damit sie die Vorteile der neueren Cloud-/Ethernet-Konnektivitätslösungen und -Protokolle wie OPC UA nutzen können. Viele ältere Feldbusmaschinen können jedoch nicht über die Cloud oder Ethernet überwacht werden. Bei knappen Budgets war die Automatisierungsbranche gezwungen, eine schwierige Entscheidung zu treffen: Riskieren, diese Vorteile zu verpassen oder den hohen Preis für die Aufrüstung alter Einheiten zu zahlen.

Mit DCUs: DCUs haben die Möglichkeit, ältere Maschinen Ethernet-fähig zu machen, indem sie einfach eine DCU direkt an die Maschine einsetzen und auf vorhandene Sensordaten zugreifen. Dies erspart dem Endanwender den Aufwand für die Nachrüstung mit teuren SPSen oder Gateways und verlängert den Gebrauch vorhandener Maschinen.

Infrastrukturen transformieren

Markttrends: Die Auswirkungen von Trends wie Industrie 4.0, Digitalisierung und Globalisierung auf die Automatisierungsbranche haben ihre Infrastruktur verändert. Da mehr Prozesse automatisiert werden, können Geräte auf Feldebene jetzt auch in raueren Umgebungen installiert werden, in denen die manuelle Wartung bisher schwierig oder gefährlich war.

Mit DCUs: Der Einsatz von DCUs bedeutet schnelle und einfache Implementierung in intelligente Fabriken. Der Modultausch wird durch den "Plug-and-Produce"-Charakter der DCU begünstigt. Diese Art von Komfort muss in rauen oder abgelegenen Umgebungen nicht geopfert werden, da einige DCUs hoch genug bewertet sind, um solchen Bedingungen zu widerstehen. So wurde beispielsweise die DCU von Belden für den Einsatz in rauen Umgebungen in verschiedenen Branchen entwickelt, wie z.B. in der Automobil- oder Lebensmittel- und Getränkeherstellung, in der Intralogistik, in der Verpackungsindustrie und im Transportwesen. Es kann auch von Maschinenbauern oder in Roboteranlagen eingesetzt werden.

Da das Kontrollprogramm im I/O Modul ist, wird kein I/O Austausch mit PLC (wie oben gezeigt) benötigt, um zu ermitteln, was mit den Signalen gemacht wird. Diese Möglichkeit ist eine "Ein-Gerät-Automatisierung".

So starten Sie die Implementierung von DCU-Anwendungen

E/A-Module mit DCUs sind nicht nur schnell und einfach zu installieren, sondern auch für eine sofortige Implementierung konzipiert. Wie wir in Teil 1 dieses Blogs erwähnt, folgen E/A-Module eines "Plug-and-Play"-Prinzips. Ein "Plug-and-Play"-Produkt, wie der Name schon sagt, kann einfach an eine bestehende Maschine angeschlossen und eingeschaltet werden. Und es funktioniert sofort ohne weitere Konfiguration.

Entscheider müssen nur daran denken, ein Modul mit so vielen Ein- oder Ausgängen zu spezifizieren, wie das aktuelle Modul benötigt. Nicht vergessen: Ein echtes "Plug-and-Play"-fähiges Modul wird mit zusätzlichen Adaptern geliefert, die zukünftige Änderungen ohne das Bohren neuer Befestigungslöcher ermöglichen.