Endet das Feldbus-Chaos?

Die Vernetzung von Steuerungskomponenten und -Geräten durch Feldbusse erwies sich im Laufe der Zeit als durchaus kostensparende Entwicklung. Der Traum der Anwender, durch genormte Schnittstellen alle Komponenten Hersteller übergreifend vernetzbar zu machen, scheiterte jedoch schnell an zu vielen untereinander inkompatiblen Systemen. Die Gründe: Für einfache Aufgaben erschien ein universeller Bus zu teuer, unterschiedliche Aufgabenstellungen ließen sich kaum unter einen Hut bringen, proprietäre Systeme sollten über abhängige Anwender Marktanteile sichern. Der Versuch, über internationale Normen eine Vereinheitlichung zu erreichen, ist meines Erachtens gescheitert. Ob irgendwann der Einsatz des im IT-Bereich bewährten Ethernets Abhilfe schafft, bleibt abzuwarten.

Normung ist der kleinste gemeinsame Nenner divergierender Interessen. Böse Zungen behaupten sogar, Normung bremse den technischen Fortschritt aus. Wie paradox das ¿ inzwischen internationale ¿ Festschreiben technischer Standards sein kann, zeigen die Entwürfe zur Normung der industriellen Feldbusse. Nach jahrelangen, letztendlich erfolglosen Bemühungen der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC), einen internationalen Einheits-Feldbus zu standardisieren, zwang die IEC die beteiligten Feldbus-Gruppen, sich auf einen Multi-System-Standard zu einigen. Andernfalls, so drohte die IEC, werde die bis dahin vorliegende Spezifikation, die sich mit keinem der vorhandenen Systeme versteht, zur Norm.

Zukünftig acht genormte Feldbusse

Die ¿Einigung¿ heißt jedoch im Klartext: Jeder lässt sich seinen eigenen Feldbus normen. Künftig sollen also acht Feldbus-Systeme zur Norm IEC 61158 gehören, wenn die Normungsprozedur erstmal abgeschlossen ist: Profibus als zurzeit deutlicher Marktführer, sowie P-Net, WorldFIP, Foundation Fieldbus, Control-Net, Interbus, Swift-Net und High-Speed Ethernet. Bei der IEC-Sitzung Ende Juli in Ottawa fehlte übrigens meines Wissens der Ethernet noch. Jetzt in Genf konnte sich die Mehrheit der Mitgliedsländer offensichtlich nicht mehr an der rasanten Verbreitung dieses Büro-Netz-Veterans in der Industrie vorbeimogeln.

Dass hier zusätzlich auf europäischer Ebene beim Europäischen Komitee für elektrotechnische Normung (Cenelec) auch noch eine Reihe, die auf CAN basiert, zur Abstimmung steht, macht die Sache weder übersichtlicher noch einfacher.

Widmen wir uns jetzt also dem Quasi-Newcomer Ethernet. Über Nutzen und Anwendung streiten sich die Beteiligten mehr oder weniger. Die einen versuchen Ethernet den höheren Steuerungsebenen zuzuordnen und die Feldebene dem vorhandenen eigenen Feldbus vorzubehalten. Die anderen wiederum wollen Ethernet bis hinab zum vernetzten Feldgerät führen. Dann gibt es noch die eine oder andere firmenspezifische Entwicklung, wie beispielsweise das Jetweb von Jetter.

Ethernet als Industriebus?

Selbstverständlich klingt es verführerisch, den in der Bürokommunikation bewährten Ethernet-Standard mit seinen Großserien-Komponenten auch in der Industrie einzusetzen. Zumal das inzwischen dominierende TCP/IP-Transportprotokoll, mit dem die Datenpakete über die Leitungen geschickt werden, das Ankoppeln an andere Netzwerke wie lokale Intranets oder das globale Internet erleichtern. Die hieraus resultierende Möglichkeit über das Internet eine Anlage über tausende von Kilometern Entfernung zu steuern, dürfte allerdings ziemlich selten vorkommen. Hiervon ausgenommen bleiben selbstverständlich Fern-Inbetriebnahmen und Service.

Den hohen Übertragungsraten, die insbesondere beim Einsatz von Fast-Ethernet ¿ High-Speed-Ethernet ¿ mit 100 Megabit pro Sekunde kaum Wünsche offen lassen, steht allerdings das nicht immer garantierte Zeitverhalten im Wege. Während der Büronutzer allenfalls über das langsame Netz schimpft und nervös mit dem Bleistift klappert, fehlen einer Maschine oder Anlage unter Umständen die notwendigen Befehle zum Weitermachen. Das vor allem bestärkt die Profibus-Gemeinde, nur die so genannten azyklischen Funktionen wie Programmierung und Diagnose bei ¿Profibus on Ethernet¿ einzusetzen.

Erstmal einen Verein

Auch die Automatisierungstechniker schwören auf Vereine. Die heißen dort meistens Nutzer-Vereinigungen oder auf Neudeutsch User-Groups. Ethernet im industriellen Einsatz hat inzwischen ebenfalls die eigene Vereinigung. Bereits 1998 gründete das Marktforschungsunternehmen ARC und weitere Firmen in den USA die ¿Industrial Automation Open Networking Assocation¿ IAONA mit dem Ziel, Ethernet im industriellen Umfeld zu etablieren. Die europäische Sektion der IAONA gründeten nunmehr 63 Mitglieder auf der letzten Messe SPS/IPC/Drives ¿99 in Nürnberg, ohne die konträre Diskussion zwischen den Mitgliedern zu übertünchen. Auf der ersten Mitgliederversammlung im Januar in Neckartenzlingen wurden zunächst sechs Arbeitsgruppen gebildet.

Die Ethernet-Protagonisten wie Jetter und Hirschmann beschwören den verringerten Zeit- und Programmieraufwand durch den Wegfall von Zwischenkomponenten. ¿Am Einsatz von Ethernet führt kein Weg vorbei,¿ verkündete denn auch Andreas Kraut, IAONA-Vorstand und Entwicklungsvorstand bei Jetter. Obwohl die Branche einen offenen Standard begrüßt, so lange er die eigenen Feldbus-Erbhöfe nicht tangiert, sehen viele eher die Gefahr, dass Ethernet letztendlich nur ein weiterer ¿ proprietärer ¿ Feldbus wird. Selbst wenn Ethernet sich zu einem Standard entwickele, was den Markt sicherlich erheblich verändern würde, mache eine Umstellung vorhandener Systeme keinen Sinn. Das beinhaltet selbstverständlich auch die Erweiterungen im Anlagengeschäft. Schließlich haben alle Beteiligten in diesem Geschäft eine Menge Geld investiert, das sich irgendwann amortisieren muss.

Die Hürden für Ethernet, hier den Durchbruch zu schaffen, erscheinen ¿ zumindest kurzfristig ¿ noch ziemlich hoch zu sein. Die Kosten für einen Anschluss-Knoten liegen heutzutage noch bei 50 bis 100 Dollar. Zehn bis 15 Dollar wäre eine brauchbare, wettbewerbsfähige Zielmarke. Die relativ einfache Installation des ¿Büro-Ethernet¿ durch Stecken und Benutzen (Plug and Play) muss auch für die industriellen Anwendungen erreicht werden. Dann lassen sich diese Installationen ohne spezielle Netzwerk-Ingenieure einrichten, die zurzeit ohnehin auf dem Markt fehlen.

Das Netz als Steuerung

Dass Martin Jetter mit seinem Jetweb diese Vereinfachung erreicht, scheint klar zu sein. Ob er damit gegen die Macht einiger Großunternehmen den gewünschten Durchbruch schafft, bleibt abzuwarten. Mit einer durchgehenden Kommunikationsebene ¿ natürlich im Ethernet ¿ löst er die bisher praktizierten hierarchischen Strukturen in den Steuerungsnetzen ab. Jetter orientiert sich bei seiner wirklich dezentralen Netzstruktur an den Büronetzen (IT-Welt) oder ¿ noch deutlicher ¿ am Internet. Diese Analogie zum Intranet/Internet für die Steuerungstechnik schafft praktisch einen virtuellen Server, bei dem jeder Teilnehmer direkten Zugriff auf alle Daten hat. Der konsequente Einsatz der so genannten Switch-Technik verhindert hierbei die bisher möglichen Kollisionen und macht das Ethernet deterministisch. Neben dieser völlig freizügigen Konzeption von Anlagen-Steuerungen sieht Jetter den besonderen Kostenvorteil im Wegfall des Aufwands für Datenübertragung, Datenabgleich und Steuerungssynchronisation. Inzwischen bestehen Kooperationen mit anderen Herstellern um gemeinsame Standards zu schaffen.

Viele Aspekte dieser Entwicklung erinnern mich in der Zielsetzung sehr an das vor Jahren propagierte Computer Integrated Manufactoring CIM, das sich ja unter anderem die Integration von kommerzieller und industrieller Datenwelt zum Ziel gesetzt hatte. Insbesondere die Komplexität und mangelnde Transparenz der Datenkommunikation zwischen den verschiedenen Ebenen und Datenwelten, erwies sich seinerzeit als erheblicher Hemmschuh. Die jetzt zu erwartende Kompatibilität der Netze könnte hier zu einer späten Ehrenrettung der CIM-Ansätze führen.

Sehen Sie sich die Entwicklung beim Mobilfunk, in der Unterhaltungselektronik oder gar bei den Personal-Computern an. Dank einheitlicher Standards konnten immer komplexere Funktionen in ¿Silizium gegossen¿, in Riesenstückzahlen produziert und ¿für ¿n Appel und ¿n Ei¿ verkauft werden. Diese Chance hat die Industrie bisher beim Vernetzen ihrer Steuerungen ¿ welche Gründe auch immer vorgeschoben werden ¿ leider vertan.

Lassen Sie sich die Details der möglichen Anwendungen des Ethernet von den Experten aus deren jeweils eigener Sicht erklären. Die folgenden Kontaktmöglichkeiten bieten Ihnen dazu ebenso Gelegenheiten wie die kommende Hannover-Messe. Den AIONA-Stand mit der Nummer A19/1 finden Sie in Halle 11.

Bernhard Siegmund / März 2000

Links: http://www.jetter.de, http://www.luetze.de, http://www.iaona-eu.com, http://www.hirschmann.com