Dezentrale Antriebstechnik in der Automobilindustrie

SONDERDRUCK Fachaufsatz Dezentrale Antriebstechnik in der Automobilindustrie Zurzeit vergeht fast keine Messe, auf der nicht neue Produkte zur dezentralen Antriebstechnik angeboten werden. Dem Anwender werden dabei u. a. einfachere Installierbarkeit, bessere Übersichtlichkeit der Anlagenstruktur und ver- ringerter Inbetriebnahmeaufwand in Aussicht gestellt. Aber: Ist dezentrale Antriebstechnik wirklich die Lösung? Sind diese Konzepte auf die Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen und deren Erfordernisse überhaupt übertrag- bar? Oder handelt es sich schlicht um eine Marketingstrategie, die neue Bedürfnisse wecken soll? In der industriellen Praxis gibt es mittlerweile viele Erfahrungen zu diesem Thema, von denen Anwender profitieren kön- nen. Dieser Beitrag benennt und bewertet einige Kriterien, anhand derer Praktiker ihre Automatisierungskonzepte unter die Lupe neh- men können. Wir stellen fest, dass Dezentralisierung in und Niveauregulierung oder die Auswertung Anwendungsbeispiel: der Antriebstechnik keineswegs als Selbst- von Zustandsschaltern. Rohbaufertigung in der zweck zu sehen ist. Eine Maschine wird nicht Durch Module mit standardisierten Automobilindustrie automatisch effektiver oder preisgünstiger, nur Schnittstellen gewinnt der Maschinenbauer weil man vom zentralen auf das dezentrale ein neues Maß an Flexibilität. Er kann entspre- Steuerungskonzept wechselt. Es sind also chend dem Wunsch seines Kunden einzelne exakte Bewertungen durchzuführen, um zu Module modifizieren oder weiterentwickeln. einem sinnvollen System zu gelangen. Ferner ist es möglich, komplette Anlagen- Da ist zunächst das Stichwort „Modulari- module extern herzustellen und zu testen. tät“. Eine vormals zentral strukturierte Anlage Durch die gewonnene Flexibilität sind bei wird in mehrere Module zerlegt, die jeweils Änderungswünschen lediglich Anpassungen mit standardisierten Schnittstellen für Ener- auf Modulebene erforderlich, jedoch nicht auf gie- und Signalübertragung auszurüsten sind. Anlagenebene, welches beispielsweise die Sie erreichen ihrerseits durch dezentrale An- Erstellung und Pflege der Betriebssoftware triebstechnik den Stellenwert einer autonom erheblich vereinfacht und sicherer macht. arbeitenden Steuerungseinheit und überneh- men die „Verantwortung“ für ihren eigenen Betrieb. Dazu gehören neben der klassischen Antriebstechnik auch einfache Steuerungs- und Regelaufgaben, wie Geschwindigkeits- 13017174 Einzelkriterien Was sind die Kriterien, nach denen der sinnvol- le Einsatz dezentraler Technik bewertet wer- den kann? Ein dezentrales Antriebssystem, welches zu mehr Flexibilität in der Anlagen- struktur beitragen soll, muss zunächst selber anpassbar sein und zwar in folgenden Punkten: ˘ Leistungsbereiche ˘ Ein- Ausgänge ˘ Kommunikation ˘ Dezentrale Intelligenz ˘ Sicherheitstechnik Kriterium Anforderungen Leistungsbereiche; Standardleistungsbereich von 0,55 bis 11 kW; Leistungszuführung Anschlusstechnik und Motoranschlüsse sind steckbar Ein-/Ausgänge; Digitale und analoge I/O’s müssen anschließbar sein, z. B. mittels Anschlusstechnik M12-Steckverbinder Kommunikation Anschluss an verschiedene Feldbus- und zukünftige Ethernetsysteme Dezentrale Geräte müssen in der Lage sein, zeitkritische Regelprozeduren autonom Intelligenz durchzuführen Sicherheitstechnik Sicherheitsfunktionen wie „Sicherer Halt“ Im Folgenden wird ein dezentrales Antriebs- system anhand der o. a. Einzelkriterien be- schrieben. Leistungsbereiche, Anschlusstechnik Verschraubung geführt und per Klemmleiste Der Anwender erwartet einen weiten zur angeschlossen wird. Verfügung stehenden Leistungsbereich. Vor allem die Automobilindustrie fordert Zurzeit finden typische Anwendungen im den schnellen Austausch und die rasche Bereich zwischen 550 W und 11 kW statt. Wiederinbetriebnahme nach einem Geräte- Die Anschlusstechnik der Leistungsan- ausfall. Bei Anlagenstillstand in einem Auto- schlüsse wird üblicherweise mit Steckverbin- mobilwerk zählt jede Sekunde, weshalb ein dern realisiert, wie sie zum Beispiel von wesentliches Augenmerk bei der Gerätekon- Harting anbietet. Je nach Einsatzfall ist auch struktion auf die Montage- und Anschluss- das Durchschleifen der Energiezufuhr sinnvoll. technik gerichtet ist. Auch Nicht-Fachpersonal Ebenso sind Fälle denkbar, in denen ein vor- muss in der Lage sein, innerhalb einer vorge- konfektioniertes Anschlusskabel durch eine gebenen Zeit den Anlagenteil wieder in Betrieb zu nehmen. Ein-/Ausgänge, Anschlusstechnik deutung, da sie den Komponentenherstellern In Anwendungen der allgemeinen Fördertech- ein offenes System bieten. Hierdurch gewinnt nik kommen digitale Ein- und Ausgänge für die Gerätevielfalt und der Anwender profitiert Zustandsabfragen, wie z. B. beim Erreichen von im Sinne eines „best-in-class“-Gedankens von End- oder Zwischenpositionen, Füllhöhen, kompatiblen und somit kombinierbaren Ge- Not-Aus-Signalen, Warnmeldungen usw. zum räten unterschiedlicher Hersteller. Einsatz. Die Feldbus-Varianz führt dazu, dass einge- Im einfachen Falle wird pro Signal ein An- setzte Komponenten so flexibel aufzubauen schluss vergeben und dieser direkt an der sind, dass sie mit den unterschiedlichen Sys- Anschlussbox installiert. Ein weit verbreiteter temen kommunizieren können. Entscheidend Steckverbinder für diese Signale ist der für die Kosten einer Anschaltung, die techni- M12-Anschluss, der in vielen Industrieberei- schen Eigenschaften und schließlich für die chen zum Standard geworden ist. Akzeptanz beim Kunden ist eine durchdachte Modularität in den Antriebskomponenten. Zur Minimierung des Verdrahtungsaufwands Stichleitungen in den Geräten sind zu vermei- lässt sich auch der so genannte ASI-Bus den, um die Buseigenschaften nicht zu ver- (Actuator Sensor Interface) verwenden, der auf schlechtern, gegebenenfalls erforderliche einfache Weise die Ein- und Ausgänge erfasst Abschlusswiderstände müssen einfach und und weiterleitet. klar sichtbar zu- und abschaltbar sein. Höhere Schutzarten sind durch die Wahl Viele Anlagen entsprechen heute der klas- entsprechender Stecktechnik zu erreichen. In sischen Automatisierungspyramide und ver- der Automobilindustrie ist zwar in den mei- wenden auf den einzelnen Ebenen unter- sten Fällen IP54 ausreichend. Sollte jedoch in schiedliche Kommunikationssysteme, die auf einzelnen Applikationen beispielsweise die die speziellen Anforderungen abgestimmt Schutzart IP67 notwendig sein, ist dies leicht sind. Diese Vielfalt mit ihrer Fülle an unter- anpassbar. schiedlichen Topologien wird in Zukunft vom Kunden nicht mehr akzeptiert. Deshalb wer- Kommunikation den derzeit Kommunikationssysteme defi- Verteilte Systeme können nur im Einklang mit- niert, die sich durchgängig auf allen Ebenen einander funktionieren, wenn leistungsfähige einsetzen lassen. Ethernet bildet hier eine Datenübertragungssysteme alle notwendigen gemeinsame Basis und wird als Standard der Informationen im erforderlichen Zeitraster Bürowelt heute auch zur Kopplung von übertragen. Eine besondere Bedeutung kommt Leitrechnern vielfach in der Industrie einge- im Rahmen der dezentralen Antriebstechnik setzt. Es bietet eine hohe Übertragungsrate deshalb der Kommunikation zu. Konkret sind (Fast Ethernet = 100 MBit/s) und scheint hier die Feldbussysteme – beispielsweise damit hervorragend geeignet auch im Bereich Profibus – zu nennen, die in Zukunft immer der internen Maschinenvernetzung und als mehr durch Ethernet-Anwendungen erweitert Antriebsbus eingesetzt zu werden. werden. Die Sicherheitstechnik wird durch Gerade auf diesen Ebenen weist Ethernet Bussysteme vervollständigt, die den geforder- allerdings einige Schwächen auf. Hier werden ten Sicherheitsstandards entsprechen. im besonderen Maße Synchronität und Feldbussysteme haben einen festen Platz Determinismus gefordert. Zudem sind die eta- in Automatisierungsanlagen.