Applikationsbeispiel

Gemeinsam zum Bus
Von Karl-Heinz Hoppe (AIRTEC Pneumatic)

Airtec-LogoDass die Realisierung einer universellen Feldbusschnittstelle kein langwieriges Entwicklungsabenteuer sein muss, zeigt die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen AIRTEC Pneumatic und HMS Industrial Networks bei der Realisierung der neuen busfähigen Ventil-Terminals der Baureihe RE-16.

VentilinselDer Trend zur Nutzung der seriellen Feldbussysteme hat nun auch die kleineren Maschinen und Anlagen erfasst. Keine Frage also, dass bei AIRTEC die Realisierung einer Feldbusschnittstelle für die neuen Ventil-Terminals weit oben auf der Prioritätenliste des Vertriebs stand. Unterschiedliche Auffassungen gab es lediglich darüber, welches Feldbussystem denn nun zuerst realisiert werden sollte. Während die amerikanische Niederlassung unbedingt einen DeviceNet-Anschluss forderte, war den Kollegen in Europa der Profibus- und AS-Interface-Anschluss besonders wichtig. Natürlich wollte man gleich von Anfang an auch das Thema Industrial Ethernet als Netzwerktechnik der Zukunft mitberücksichtigen.

Servicefreundlicher Aufbau
Das neue Ventil-Terminal RE-16 ergänzt die AIRTEC Produktfamilie im mittleren Leistungsbereich. Die modularen Ventilblöcke sind als Ventil-/ Grundplattensystem mit gemeinsamem Sammelanschluss aufgebaut. Bis zu 24 Ventilstationen mit 3/2, 5/2 oder 5/3 Wegeventilen können je nach Kundenwunsch bestückt werden. Die Ventile sind als elektrisch betätigte Kolbenschieber-Ventile ausgeführt. Alle Anschlüsse sind von der Vorderseite zugänglich. Der mechanische Aufbau ist besonders servicefreundlich gestaltet. Im Störungsfall kann jedes einzelne Ventil mit wenigen Handgriffen ausgebaut und innerhalb kürzester Zeit ausgetauscht werden. Erreicht wird dies durch einen konsequenten modularen Aufbau, bei dem jede Ventilstation einzeln in ein eloxiertes Aluminiumgehäuse eingebaut ist und über einen geeigneten Steckverbinder mit dem Rückwandbus im Ventilträger verbunden wird. Auf dem letzten Steckplatz wird der Flächenschalldämpfer montiert. Die Anbindung an das Automatisierungssystem erfolgt entweder in konventioneller Multipolausführung oder durch Busknoten mit entsprechenden Feldbusanschaltungen.

Karl-Heinz Hoppe

Auf die Kernkompetenz konzentrieren
Für Karl-Heinz Hoppe, der bei AIRTEC für die Entwicklung der Elektronik verantwortlich ist, war es klar, dass dieses Projekt schneller mit einem erfahrenen Partner realisiert werden konnte. „Bei der Recherche in den Fachmedien war ich auf die Anybus-Technologie der Firma HMS aufmerksam geworden, die fertige Komplettlösungen für den Geräteanschluss an unterschiedliche Bussysteme bietet. In unseren Ventil-Terminals steht für den Busknoten nur sehr wenig Platz zur Verfügung, deshalb bot sich das Anybus-IC für die Realisierung der Busschnittstelle geradezu optimal an. Da wir bereits mit unserem Ventil-Terminal RE-19 positive Erfahrungen mit der HMS-Anybus-Technologie gemacht haben, fand mein Vorschlag auch bei der Geschäftsführung schnell Zustimmung. Besonders überzeugte, dass dadurch innerhalb kürzester Zeit eine Ankopplung an alle wichtigen Feldbusse erreicht werden konnte.

High-Tech auf kleinstem Raum
Fast die gesamte Elektronik des Ventil-Terminals ist im Busknoten konzentriert. Die interne Verbindung zwischen dem Busknoten und den Ventilstationen ist völlig unabhängig von der jeweiligen Ausführung und erfolgt über den RE-16 Rückwandbus. Im Vollausbau werden 48 digitale Ausgangssignale zur Ansteuerung der maximal 24 Doppelventile benötigt. In der ersten Realisierungsstufe wurden neben der konventionellen Multipolausführung mit 25-poligem oder 44-poligem D-Sub-Anschluss, Ankopplungen an Profibus-DP, AS-Interface und DeviceNet realisiert. Die Multipol- und die AS-Interface-Varianten wurden von AIRTEC selbst entwickelt. Für alle anderen Bussysteme kommt das Anybus-IC von HMS zum Einsatz. Der Busknoten ist in der Schutzart IP65 aufgebaut, der Busanschluss erfolgt über zwei 5-polige M12-Steckverbinder.

Entwicklungskosten um 70% reduziert
Das in Hybridtechnik hergestellte Anybus-IC realisiert auf nur 8 cm2 eine vollständige Busanschaltung einschließlich der zugehörigen Protokollsoftware. Es beinhaltet einen leistungsfähigen Mikroprozessor mit RAM- und Flash-Speicher, Bustreiber, Feldbus-ASIC sowie die erforderliche Potenzialtrennung mit DC/DC-Wandler und Optokopplern. Für jede Busvariante (Profibus-DP, DeviceNet) stellt HMS ein spezifisches Anybus-IC zur Verfügung. Alle ICs sind funktionskompatibel und dadurch einfach untereinander austauschbar. Karl-Heinz Hoppe erkannte schnell den entscheidenden Vorteil: „Die Profibus-DP- und DeviceNet-Anschaltungen konnten so mit einer einheitlichen Hauptleiterplatte im Busknoten realisiert und unsere Entwicklungskosten im Vergleich zu einer Eigenentwicklung um ca. 70% reduziert werden“.

Jedes Anybus-IC ist auf Konformität zum jeweiligen Feldbusstandard zertifiziert und auf Interoperabilität mit Geräten anderer Hersteller durch unabhängige Prüflabors der jeweiligen Feldbusorganisationen getestet. Nicht zuletzt dadurch wird die Realisierung der Feldbusschnittstelle deutlich vereinfacht.

In den Ventil-Terminals wird das Anybus-IC im Stand-Alone-Modus, also ohne einen zusätzlichen Mikroprozessor betrieben.

Schematische Darstellung

Da die gesamte Protokollsoftware im Anybus-IC selbst abgearbeitet wird, beschränkte sich die Entwicklung ausschließlich auf konventionelle Schaltungstechnik und es fiel keinerlei Software-Entwicklungsaufwand an. Im Stand-Alone-Modus kann das Anybus-IC bis zu 128 digitale Eingangs- und zusätzlich maximal 128 digitale Ausgangssignale ansteuern. Der Anschluss der 48 Ventilansteuersignale erfolgt über 6 Standard-Schieberegisterbausteine (74ACT594), die an der SSC-Schnittstelle des Anybus-IC angeschlossen werden. Über einen weiteren Schieberegisterbaustein werden auch die Diagnose-LEDs angeschlossen. Acht Eingangssignale des Anybus-IC werden zum Einlesen von Drehschaltern zur Einstellung der Busteilnehmeradresse verwendet. Der physikalische Anschluss an den jeweiligen Feldbus erfolgt über eine kleine Zwischenplatine, auf der die Bussignale des Anybus-IC mit dem für den jeweiligen Feldbus verwendeten Steckverbinder verbunden sind.

Risiko minimiert
Die neuen Ventil-Terminals werden im Herbst 2002 auf der SPS/IPC/Drives Messe erstmals vorgestellt. Zielmarkt ist der Maschinen- und Anlagenbau, der durch starken Kostendruck und große Anbietervielfalt gekennzeichnet ist. Hoppe blickt optimistisch in die Zukunft: „AIRTEC ist trotz des schlechten konjunkturellen Umfeldes in den vergangenen Monaten kontinuierlich gewachsen und konnte seine Marktanteile weiter ausbauen. Mit dem Einsatz der Anybus- Technologie haben wir uns nicht nur einen erheblichen Zeitvorsprung bei der internationalen Vermarktung gesichert, sondern durch die partnerschaftliche Zusammenarbeit mit HMS auch unser Entwicklungsrisiko deutlich reduziert."