Das Verlegen teurer Kabel entfällt komplett

Von unserem Redaktionsmitglied Uwe Böttger

Damit Auftragslage und Kosten transparent bleiben, braucht ein Fertigungsunternehmen gewisse Basistechnologien. Hierzu zählt das automatische Erfassen der Betriebs- und Maschinendaten. Für eine integrierte MDE/BDE-Lösung werden mehrere Komponenten benötigt. Dazu gehört neben den Erfassungsterminals ein Software-System, welches die Datenübertragung von und zur Maschine steuert und die empfangenen Daten aufbereitet. Als dritte Komponente kommt die Infrastruktur für das Übertragen der Daten hinzu – bisher in Form von zusätzlicher Verkabelung. Die Kosten für die zum Teil aufwendig abgeschirmten Leitungen und deren Installation machen nicht selten 70 % der Gesamtinvestition aus.

An dieser Stelle setzt das neue Verfahren der CAQ AG aus Rheinböllen an, bei dem die Daten über das hauseigene Stromnetz laufen (Powerline-Verfahren). Dadurch lassen sich alle Maschinen, die überwacht werden sollen, mit bereits vorhandenen Leitungen untereinander verbinden. Der sogenannte Factorybus (FS) erschließt das Stromnetz für die Signalübertragung und leitet Maschinendaten an einen beliebigen Rechner weiter. Die Installation neuer Kabel kann vollständig entfallen.

Wie lassen sich Maschinendaten zuverlässig über Stromleitungen übertragen? Dies ist ein anspruchsvoller und komplexer Prozess, vor allem im rauen Umfeld der Fertigung. Damit das Datensignal sauber moduliert und demoduliert werden kann, müssen Störungen mit Hilfe geeigneter Verfahren umgangen werden. Ein Teil der Störungen im Stromnetz taucht zyklisch auf. Das bedeutet, dass die Störungen in jeder Halbwelle des Spannungssignals zu finden sind. Im Rahmen einer Übertragungsanalyse werden diejenigen Zeitabschnitte, die von zyklischen Störungen betroffen sind, bei der Übertragung einfach ausgespart. Dabei geht zwar die Übertragungsrate ein wenig in die Knie, die Qualität der Datenübertragung wird jedoch erheblich gesteigert.

Die restlichen Störungen im Netz sind nicht zyklischer Natur und werden durch das so genannte integrierte FEC-Verfahren (Forward Error Correction) innerhalb des Übertragungsprotokolles abgefangen. Hierfür wird jedes zu übertragende Byte durch zusätzliche Bits ergänzt. Die Daten lassen sich durch diesen Trick beim Empfänger auch dann sicher decodieren, wenn Störungen während der Übertragung aufgetreten sind.

Die Modulation und Demodulation der zu übertragenden Daten geschieht durch Modems. Für jede zu überwachende Fertigungsmaschine wird ein entsprechendes Gerät im Schaltschrank auf eine Hutschiene geklemmt. Für die Demodulation der empfangenen Daten kommt ein weiteres Modem zum Einsatz. Es wird an einen beliebigen Rechner angeschlossen, von wo aus dann die Verbindung zu den Maschinen zu Stande kommt.

Das Übertragungsverfahren entspricht der europäischen Norm und erreicht dank entsprechender Komprimierungsverfahren laut Hersteller einen guten Durchsatz. Der mit dem Modem ausgestattete Rechner kann pro Sekunde bis zu acht Maschinen kontaktieren und die benötigten Daten zwischenspeichern.

Das Konzept von CAQ setzt das Powerline-Verfahren auf hohem Niveau um. Dennoch ist die Installation der zugehörigen Module und Datenterminals vergleichsweise einfach. Das größte Montageproblem besteht darin, die richtige Phase zu erkennen, die das Signal übertragen soll. Eigens hierfür wurde ein Diagnosemodul entwickelt, das diese Phase automatisch erkennt und anzeigt. In Verbindung mit der Netzanalyse, mit deren Hilfe sich die geeignete Übertragungsstrategie eigenständig festlegen lässt, kann eine besondere Ausbildung des Montagepersonals entfallen.

Die Installation des Gesamtsystems erfolgt während des laufenden Betriebs. Mit dieser Technik lassen sich Maschinendaten an jeden Rechner im Umkreis von 2 km weiterleiten. Von dort aus geht es dann über das firmeneigene LAN weiter. Umgekehrt ist es möglich, SPS-oder CNC-Programme an die Maschine zu übertragen. Der Factorybus ist für die gleichzeitige Adressierung von maximal 50 000 Maschinen ausgelegt.