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Industrielle Kommunikation

Zuverlässige Komplettlösungen für Fabriken, Maschinen und Anlagen

Was ist Industrielle Kommunikation?


Der Begriff Industrielle Kommunikation bezeichnet die Kommunikation zwischen Geräten der industriellen Automatisierungstechnik. Dabei werden Daten und Informationen für die Steuerung von Maschinen und Anlagen, vorwiegend in der Prozess- und Fertigungsautomation, übertragen und ausgetauscht. Die industrielle Kommunikation ist also die Grundlage für eine erfolgreiche Automatisierung.


Die Vernetzung erfolgt mittels genormter industrieller Netzwerke, welche entweder kabelgebunden oder kabellos aufgebaut sein können. Die zunehmende Digitalisierung zeigt, dass leistungsfähige Kommunikationssysteme sich immer mehr zum zentralen Nervensystem für Anwendungsfelder wie Industrie 4.0 oder auch das Industrial Internet of Things (IIoT) entwickeln.

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Kabel & Leitungen

LAPP steht für Kompetenz


Industrielle Kommunikation bei LAPP bedeutet für Sie alles aus einer Hand und das in über 40 Ländern. Egal ob Sie industrietaugliche, robuste und hochwertige Kabel, Leitungen, Konfektionen, Steckverbindern und aktiven Komponenten für die Vernetzung ihrer Fabrik, Maschine oder Anlage benötigen oder unser Know-how auf dem Weg zur Smart Factory. Wir begleiten und beraten Sie von Anfang an bei Ihrer digitalen Transformation. Von der Feld- bis zur Unternehmensebene realisieren wir gemeinsam mit Ihnen die komplette Vernetzung für die zuverlässige Übertragung höchster Datenmengen.

LAPP steht für höchste Qualitätsansprüche


Wir achten auf höchste Qualität unserer Produkte. Denn auch eine nur kurzzeitig ausgefallene Komponente kann durch einen Produktionsstillstand enorme Kosten verursachen. Unsere Verbindungslösungen sind bestens geeignet für anspruchsvolle Einsatzbedingungen und bieten höchste Ausfallsicherheit bei chemischer, mechanischer und thermischer Belastung.

LAPP steht für Innovation


Mit unseren Produktinnovationen setzen Sie ihre Projekte dauerhaft erfolgreich um und verschaffen sich einen Wettbewerbsvorteil. Wie zum Beispiel mit unserem Überwachungsgerät für Datenleitungen, dem ETHERLINE® GUARD. Dieser ermöglicht die optimale Planung von Wartungen, wodurch sich Ihre Anlagenverfügbarkeit erhöht. Das Ergebnis: Reduzierte Instandhaltungskosten und ein weiterer Schritt Richtung Industrie 4.0.


Dank unserer einzigartigen Expertise und fundiertem Anwendungswissen können wir Ihnen maßgeschneiderte Lösungen für Ihre Bedürfnisse anbieten. Angefangen von Industrial-Ethernet-Leitungen mit Fast-Connect Anschluss über Feldbussysteme nach allen gängigen Protokollstandards bis hin zu konfektionierten Glasfaserleitungen nach Kundenwunsch finden Sie bei uns für jede Anwendung die richtige Lösung.

Datenkommunikation made by LAPP – Ihre Verbindung in Richtung Zukunft.

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Was ist Automatisierung?


Die DIN 19233 definiert die Automatisierung wie folgt: „Das Ausrüsten einer Einrichtung, sodass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitet.“

Aber was bedeutet das im Detail? Schauen wir uns hierzu eine Fertigung an. In einer automatisierten Fertigung werden sämtliche Operationen, die bisher von Menschen übernommen wurden, eigenständig durch Maschinen erledigt. Dazu gehören die Bearbeitung, Steuerung, Handhabung von Werkzeugen und Werkstücken sowie die maschinelle bzw. elektronische Überwachung der Qualität.

Die Automatisierung kann grundsätzlich in 3 verschiedene Formen unterteilt werden: Die Automatisierung einzelner Arbeitsvorgänge (Verfahrensautomatisierung), die Automatisierung eines bestimmten Produktionsprozesses (Prozessautomatisierung) oder die Automatisierung einer gesamten Herstellung (Systemautomatisierung).

Für die Realisierung autonomer Produktionsprozesse werden technische Einrichtungen benötigt. Die technischen Einrichtungen stammen aus den Bereichen der Sensor-/Aktor, Regelungs-, Steuerungs-, Informations-, Kommunikations-, Leit- und/oder Robotertechnik.

Vorteile der Automatisierung


Die Automatisierung bietet unter der Voraussetzung zahlreiche Vorteile. Dazu gehören:

  • Entlastung des Menschen von geistig anspruchsloser, monotoner, anstrengender, gefährlicher oder gesundheitsschädigender Arbeit
  • Erhöhung der Produktivität
  • Erhöhung der Qualität der Produkte
  • Kürzere Fertigungszeiten
  • Verringerung von Umweltbelastungen durch ressourcen-effizienteren Betrieb der Anlagen
  • Flexiblere Fertigung
  • Verbesserung der Genauigkeit und Vermeidung von Fehlern

Automatisierungpyramide


Die Automatisierungspyramide stellt die generelle Kommunikationsstruktur einer automatisierten Produktion dar und klassifiziert die verschiedenen IT-Ebenen der industriellen Fertigung.

Jede Ebene übernimmt dabei eine eigene Aufgabe in der automatisierten Fertigung und besteht aus unterschiedlichen Systemen, wie z. B. Sensoren in der Feldebene. Die Anzahl der Ebenen variiert je nach Automatisierungsprozess. Einzelne Ebenen können entfallen oder zusammengefasst sein.

Die einzelnen Systeme der jeweiligen Ebene und die Ebenen untereinander tauschen Informationen miteinander aus. Den Informationsaustausch innerhalb einer Ebene bezeichnet man als horizontale Kommunikation, den Austausch zwischen den einzelnen Ebenen als vertikale Kommunikation.

Automatisierungpyramide
NummerEbeneEingesetzte SystemeTypische Aufgaben
1FeldebeneSensoren und AktorenSammlung von Produktionsdaten / Ausführen von Befehlen
2SteuerungsebeneSteuerungsrechner/SPSRegelung des Produktionsprozess
3UnternehmensebeneERP-SystemeProduktionsgrobplanung und Bestellabwicklung

Sensoren oder Aktuatoren der Feldebene kommunizieren ausschließlich mit der übergeordneten Steuerungsebene. Die speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) der Steuerungsebene tauschen ihre Daten wiederum mit dem Enterprise-Resource-Planning-System (ERP) der Unternehmensebene aus.

Innerhalb der Automatisierungspyramide gilt: Je höher eine Ebene liegt, desto höher ist die Latenz, also die Verzögerung bei der Datenübertragung zwischen dem Sender und dem Empfänger. Gleichzeitig nimmt die Menge der zu übertragenden Daten nach oben hin immer mehr zu.

EbenePlanungshorizontDatenmengeLatenz
UnternehmensebeneMonat bis JahrMbytes - Gbytes2-20 s
SteuerungsebeneSekunden bis StundenBytes - Kbytes0,2 s
FeldebeneMillisekundenBytes0,002 s

Industrie 4.0 und das Industrial Internet of Things wirken sich auf die klassische Automatisierungspyramide aus und erfordern mehr Interkonnektivität und Flexibilität. Die Pyramide müsste hierfür angepasst und stark abgeflacht werden.

Aufbau eines Automatisierungssystems


Bevor wir uns dem Aufbau eines Automatisierungssystems widmen, werfen wir zunächst einen Blick auf das Input-Output-Modell, das jeder Automatisierungsaufgabe zugrunde liegt.

Eine physikalische Größe wird per Sensor erfasst und als Eingangssignal (Input) an den Steuerungsrechner (Funktion) weitergegeben. Dieser verarbeitet das Signal und gibt ein Ausgangssignal (Output) an einen Aktor weiter, welcher als Antriebselement dient. Die einzelnen Komponenten werden von einem Kommunikationssystem verbunden.

Ein Automatisierungssystem setzt sich also aus Sensoren (1), Aktoren (2), einem Steuerungsrechner (4) und einem Kommunikationssystem (3) zusammen.

Übersicht der Komponenten eines Automatisierungssystems


Ein Sensor ist ein Messfühler, der analoge physikalische Größen (mechanische, chemische, thermische, magnetische oder optische Werte) erfasst und sie in analoge oder und digitale elektrische Signale umwandelt.

„Einfache“ Sensoren erzeugen dabei nur analoge Signale, welche erst von einem räumlich getrennten Wandler (z. B. I/O-System) in digitale Signale umgewandelt werden müssen, bevor sie mit dem Steuerungsrechner kommunizieren.

Smart-Sensoren, auch „intelligente Sensoren“ genannt, übernehmen die komplette Signalaufbereitung und Signalverarbeitung und geben digitale Signale aus. Sie können somit direkt mit dem Steuerungsrechner kommunizieren.

Sensoren können je nach Signalart (analoger Sensor, digitaler Sensor), Messprinzip (optischer Sensor, kapazitiver Sensor, etc.), Verwendungszweck (Sensoren der Automatisierungstechnik, Sensoren der Luft- und Raumfahrt, etc.) und gemessener Größe (Kraftsensor, Temperatursensor, etc.) unterschieden werden.

Das Wirkprinzip des Aktors ist umgekehrt zu Sensoren: Ein Aktor setzt elektrische Signale des Steuerungsrechners in physikalische Größen um.

Elektrische Impulse werden durch einen Aktor in Druck, Schall, Temperatur, Bewegung oder andere physikalische Größen umgewandelt.

Den Umwandlungsverfahren entsprechend werden Aktoren in elektromechanische Aktoren, elektromagnetische Aktoren, pneumatische Aktoren, hydraulische Aktoren und andere eingeteilt.

Der Steuerungsrechner, bzw. die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) steuert in einem Automatisierungssystem einen Prozess bzw. Teilprozesse. Die für die Steuerung benötigten Sensoren und Aktoren können entweder prozessnah direkt an die SPS angeschlossen werden oder über ein Bussystem. In größeren Anlagen mit mehreren Teilprozessen kommt für jeden Teilprozess eine eigene SPS zum Einsatz, die untereinander vernetzt sind.

Zur Koordinierung der Ressourcen, also z. B. welche Maschine aktuell welchen Auftrag bearbeitet und voraussichtlich wieder verfügbar ist, stimmt sich die SPS mit der Unternehmensebene und der Betriebsleitebene ab.

Eine SPS arbeitet zyklisch, d.h., sie liest die Werte aller Eingänge am Anfang eines Zyklus ein– führt dann die gespeicherten Programme aus und setzt am Ende die Ausgänge. Dann startet der Zyklus von Neuem – ein Programmende gibt es nicht.

Für ein funktionierendes Automatisierungssystem bedarf es ein Kommunikationsnetzwerk, welches Sensoren, Aktoren und die SPS miteinander verbindet.

Ein industrielles Kommunikationsnetzwerk besteht aus mehreren Komponenten. Die Auswahl der Komponenten hängt vom Verwendungszweck und weiteren Faktoren ab:

Möchte ich als Übertragungstechnologie Feldbus oder Ethernet? Welche Netzwerktopologie ist für meine Anwendung die Richtige? Außerdem müssen Aspekte wie Schutzfunktionen für Mitarbeiter mithilfe von Sensoren berücksichtigt werden, um Personenschäden zu vermeiden. Verschiedene Betriebsarten der Maschine, wie Normalbetrieb, Reinigung und Instandsetzung, haben ebenfalls einen Einfluss auf die Auswahl der Komponenten.

Bei LAPP erhalten Sie komplette Verkabelungs- und Anschlusssysteme für die durchgängige Vernetzung von der Sensor-/Aktor- und Steuerungsebene bis hin zum Warenwirtschaftssystem.

  • LAN-Kabel und Industrial Ethernet-Kabel für die Ethernet-Technologie – Produkte unserer ETHERLINE®-Marke
  • Lichtwellenleiter für die optische Datenübertragung – Produkte unserer HITRONIC®-Marke
  • Datenleitungen und Feldbuskomponenten zur Datenübertragung – Produkte unserer UNITRONIC®-Marke
  • Industriesteckverbinder – Produkte unserer EPIC®-Marke
  • Managed- und Unmanaged Switches – Produkte unserer ETHERLINE®-Marke

Steuerung und Regelung in der Automatisierungstechnik


In der Automatisierungstechnik sind die Begriffe der Steuerung und der Regelung von zentraler Bedeutung.

Wenn von einer Steuerung bzw. von Steuerungstechnik geredet wird, ist das Ziel, Ausgangsgrößen in technischen Systemen entsprechend vorgegebenen Eingangsgrößen zu beeinflussen. Es findet dabei keine Rückkopplung statt, d.h., der Wirkungsweg ist nicht in sich geschlossen.

Ein Beispiel für eine Steuerung ist die Heizungssteuerung in einem Gebäude. Der Außentemperaturfühler schaltet eine Heizung in einem Zimmer in Abhängigkeit von der Außentemperatur ein. Äußere Einflüsse wie z. B. ein offenes Fenster im Zimmer werden nicht berücksichtigt.

Wenn von einer Regelung bzw. von Regelungstechnik geredet wird, ist das Ziel, physikalische Größen (Regelgrößen) in technischen Systemen trotz Einfluss von äußeren Störungen (Störgrößen) konstant zu halten oder den zeitlichen Verlauf vorgegebener Größen (Führungsgrößen) möglichst genau nachzuführen. Der Regelkreis ist in sich geschlossen, d.h., es findet eine Rückkopplung statt.

Ein Beispiel für eine Regelung in der Automatisierungstechnik ist eine Klimaautomatik in einem Fahrzeug. Diese hält die Fahrzeuginnentemperatur trotz äußerer Einflüsse (z. B. Sonneneinstrahlung) konstant auf der gewünschten Solltemperatur.

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