Brücke von der Steuerungsebene ins Feld

Einer der großen Trends im Maschinenbau ist die Modularisierung. Damit reagieren die Hersteller auf schnellere Innovationszyklen und spezifischere Ansprüche der produzierenden Unternehmen. „Immer mehr Kunden aus dem Maschinenbau betreiben diese Modularisierung sehr konsequent“, sagt Ludwig Adelmann. „Deswegen positionieren wir das neue dezentrale System Field nicht als einfachen I/O-Sammler, sondern vielmehr als Brücke für die flexible Kommunikation von der Steuerungsebene ins Feld.“ Der Maschinenbauer soll sich gar nicht von Anfang an exakt festlegen müssen. Mit dem Konzept hinter Field kann er auch noch in der fortgeschrittenen Entwicklung bzw. je nach Anforderung des Kunden die passende I/O-Strukturen in das Maschinengesamtkonzept integrieren.

Wie dezentral wird die Automatisierung?

Einige Stimmen in der Branche gehen davon aus, dass sich die Intelligenz durch die zunehmende Digitalisierung in der Steuerungshierarchie immer weiter nach unten verschiebt. „Zentral oder dezentral – diese Diskussion gibt es seit 30 Jahren in der Branche. Aber dass es heute zwingend in eine Richtung geht, das sehe ich nicht“, kommentiert Helmut Börjes den vermeintlichen Trend. „Ob es wirklich nachhaltig ist, die SPS-Logik ins Feld auszulagern, halte ich für fraglich.“ „Vor 15 Jahren ging manch einer davon aus, dass die schaltschranklose Automation bald ein Viertel des Marktes ausmache“, ergänzt sein Kollege Adelmann. „Obwohl heute in der Industrie viel mehr automatisiert wird als damals, werden vielleicht 10 bis 12 Prozent der Applikationen dezentral gelöst.“ Dennoch wächst der Bedarf für IP67-fähige I/O-Strukturen laut Wago – allein durch den zunehmenden Einsatz von IO-Link. „Natürlich haben wir uns bei der Entwicklung von Field der Frage gestellt, in wie weit wir mit unserem neuen IP67-Angebot die Wago-IP20-Lösungen kannibalisieren,“ erzählt Adelmann. Dort wo es Sinn mache, wechsle der Anwender sowieso auf dezentrale I/O-Module. „Man muss meist eh nicht nur das eine oder das andere, sondern IP20 und IP67 ganzheitlich betrachten. Dabei ist es für den Kunden sehr attraktiv, dass er bei uns beide Welten aus einer Hand bekommt.“ Die Wago-Produkfamilien Advanced und Field sollen ihm einen flexiblen und zukunftsfähigen I/O-Werkzeugkasten an die Hand geben, aus dem er sich die für seine Bedürfnisse passende Lösung zusammenstellen kann.

Strategische Motivation

„Für uns ist das neue Field-System also ein wichtiger Puzzlestein im Gesamtbild der Automation“, fährt Adelmann fort. Gerade auch aus Sicht von feldorientierter Technologien wie IO-Link. Neu ist das Thema bei Wago sowieso nicht: „IP67-I/Os sind schon seit dem Jahr 2000 Teil des Wago-Portfolios, so gab es z.B. in der Speedway-Familie auch schon dezentrale, blockmodulare Lösungen“, betont Börjes. Durch diese Erfahrung konnte Wago das neue IP67-System auch komplett in Eigenentwicklung realisieren – von Konzipierung der Funktionalität bis zum endgültigen Design. Entsprechend wurden einige Features integriert, die bisher auf dem Markt selten oder überhaupt nicht zu finden waren.

Fokus auf Konnektivität

Die zunehmende Vernetzung ist eines der Top-Themen in der Automatisierung. Alle Anlagen und Maschinenteile sollen sich untereinander austauschen können. Um diesem Trend Rechnung zu tragen, setzt Wago auf ein breites Connectivity-Spektrum innerhalb der Field-Familie. Basis für die Kommunikation bietet ein leistungsfähiger Prozessor, der Feld- und IoT-Konnektivität mit integrierten Security-Funktionen verbindet. Neben den typischen Feldbussen bieten die I/O-Module einen Web- und OPC-UA-Server. Auch MQTT wird im Rahmen von Field unterstützt. „Das System kommt also nicht nur an klassischen Steuerungen zum Einsatz, sondern bildet auch eine moderne Weiche in die MES- und IT-Welt“, unterstreicht Börjes. Zudem lasse sich Field auch komplett ohne klassische SPS einsetzen oder nachrüsten, ohne in die vorhandene Automatisierungsstruktur einer Maschine einzugreifen. „Ein stark nachgefragter Einsatzfall ist es, bestehende Anlagen um zusätzliche Datenpunkte zu erweitern, um diese dann auf übergeordneten Ebenen auszuwerten.“

IO-Link und TSN

In Kombination mit IO-Link soll das Field-System die Rolle des I/O-Distributors beim Erfassen und Verteilen von Daten übernehmen und den nahtlosen Datenfluss von der Steuerungs- bis in die Sensor- und Aktorebene sicherstellen. „IO-Link ist mittlerweile ein ausgereifter Standard, der handfeste Vorteile mit sich bringt“, versichert Helmut Börjes. Er hat quer durch alle Automatisierungsdisziplinen Einzug gehalten, das Gerätespektrum ist groß. „Allein die heute bereits installierte Basis sichert – im Vergleich zu neuen Standards wie SPE oder ASi 5 – die weitere Zukunftsfähigkeit von IO-Link für die nächsten zehn bis zwanzig Jahre.“ Auch kommende Standards hat Wago bei der Entwicklung von Field berücksichtigt. Allen voran TSN. „Wir verfolgen sehr aufmerksam die letzten Spezifizierungen der Ethernet-Erweiterung und beobachten auch das Marktinteresse“, sagt Adelmann. „Deshalb haben wir alles vorbereitet, um den fertigen Standard in nicht all zu ferner Zukunft in das Field-System zu integrieren.“

Safety und Wireless

Das Thema funktionale Sicherheit wurde in die Entwicklung des dezentralen I/O-Systems durch die galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgangsteil berücksichtigt. „Die Module lassen sich rückwirkungsfrei zur Sicherheitsfunktion in diese einbinden“, so Börjes. „Auf unserer Roadmap stehen auch spezielle Safety-I/Os. Sie sind für den weiteren Ausbau des IP67-Systems bei Wago ein ganz wichtiger Aspekt.“ Eine Besonderheit bei Field ist die integrierte Bluetooth-Schnittstelle. „Auch Funklösungen werden in der Automatisierung seit 30 Jahren diskutiert“, weiß Börjes. „Aber Wireless bleibt auf der Feldebene ein Nischenprodukt.“ Funk sei für die Anwendung in der Breite nach wie vor zu störungs- bzw. fehleranfällig. Vorteile gäbe es aber durchaus bei Integration und Inbetriebnahme, sowie beim Service. „Genau in diese Richtung zielen wir mit Bluetooth ab“, fährt Adelmann fort. So gibt es bei Field umfangreiche Möglichkeiten, Service und Diagnosefunktionen über Apps umzusetzen. „Hier besteht großes Potenzial für Anwender. Sobald es eine Störung in der Maschine gibt kann er sich per Smartphone einen ersten Überblick verschaffen.“ Auch entsprechende Konfigurations-Tools sind für mobile Devices verfügbar.

Integriertes Lastmanagement

Eine weitere Innovation ist das integrierte Lastmanagement der Versorgungsströme. Es sorgt dafür, dass die Leistung des I/O-Systems bestmöglich ausgenutzt wird. Strom und Spannung kann kanalweise erfasst und ausgewertet werden. Die Überlastgrenzen sind kanalweise einstellbar. „Es lassen sich individuelle Grenzwerte und Alarme festlegen“, erklärt Adelmann. „Jede Spannungsversorgung für die angeschlossenen Sensoren bzw. Aktuatoren ist einzeln zuschaltbar. Die dadurch mögliche sequenzielle Zuschaltung der Lasten während des Systemhochlaufs vermeidet hohe Impulsströme für die Netzteile.“ Fehler bei Störungen sind schnell und differenziert zu erkennen bzw. einfach vorherzusagen. „Das ist eine wesentliche Voraussetzung für Zukunftsthemen wie Predictive Maintenance.“

Profinet macht den Anfang

„Feldbusseitig liegt der Fokus bei Field zu Beginn auf Profinet“, hält Ludwig Adelmann fest. „Parallel arbeiten wir an weiteren Stacks. So werden wir im Laufe des Jahres auch Field-Module für Ethercat und Ethernet/IP anbieten.“ Auf dem Markt verfügbar sind in Kürze Profinet-Module mit 16 digitalen Eingängen, mit 16 digitalen Ausgängen oder mit 16 Ports, bei denen kanalweise Ein- und Ausgänge zugeordnet werden können. Letzteres Modul gibt es vom Start weg auch in einer kompakteren Bauform mit acht digitalen I/Os. Der Anschluss von Sensoren und Aktoren erfolgt über handelsübliche M8- und M12-Stecker und Standardleitungen. Ergänzt um IO-Link-Master-Module und Hubs, umfasst die erste Ausbaustufe von Field 15 unterschiedliche Module. Während Feldbus-Module vollvergossen und im Metallgehäuse ausgeführt sind, setzt Wago bei den IO-Link-Hub-Varianten auf Kunststoffgehäuse und eine möglichst geringe Masse. „Wir haben hier bewusst eine andere Gehäuseform realisiert, denn wir zielen so nicht nur auf klassische Anwendungen ab, sondern auch auf bewegte Applikationen“, verdeutlicht Börjes. Auf der weiteren Roadmap für das I/O-System stehen bei Wago auch analoge Funktionen. Geplant ist es, im Zeitraum etwa eines Jahres entsprechende Module für Feldbusse und IO-Link auf den Markt zu bringen. „Weiterhin denken wir auch über sogenannte Digital/Analog-Konverter für das IO-Link-Segment nach“, blickt Adelmann voraus. Weitere Features will man auf Basis von Kunden-Feedback realisieren. „Die genaue Ausgestaltung des Field-Portfolios machen wir also von der Nachfrage auf dem Markt und dem Interesse unserer Kunden abhängig.“ (mby)