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AS-Interface & Bihl+Wiedemann

Wie ein einfacher Feldbus die Automatisierung erobert(e)

| Autor/ Redakteur: Thomas Rönitzsch* / Ines Stotz

Über 36 Mio. installierte Knoten und mehr als 7 Mio. sicherheitsgerichtete Schaltgeräte – auf der Rangliste der einfachsten Bussysteme der Welt steht AS-Interface schon lange ganz vorne.

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Zwei der ersten AS-i Gateways, die in den 1990er Jahren von Bihl+Wiedemann entwickelt wurden.
Zwei der ersten AS-i Gateways, die in den 1990er Jahren von Bihl+Wiedemann entwickelt wurden.
(Bild: Bihl+Wiedemann)

Die Erfolgsgeschichte von AS-Interface, dem Actuator-Sensor-Interface (AS-i), begann 1990 – in einer Zeit des technologischen Wandels in der Automatisierungstechnik – mit einer Idee: die direkte Eins-zu-Eins-Verkabelung von Sensoren und Aktuatoren mit der Steuerung durch ein Verdrahtungssystem zu ersetzen, das einfach, robust, flexibel, kostengünstig, herstellerunabhängig und leicht zu installieren ist. Zur Realisierung dieser Idee gründete sich bereits ein Jahr später aus Firmen und Forschungseinrichtungen der „Verein zur Förderung busfähiger Interfaces für binäre Sensoren und Aktuatoren e.V.“, der heute als AS-International Association die Interessen von 350 Mitgliedsunternehmen weltweit vertritt.

Die Gründung von Bihl+Wiedemann fiel 1992 genau in diese Zeit des Aufbruchs. Jochen Bihl und Bernhard Wiedemann hatten sich während ihres Elektrotechnik-Studiums in Darmstadt kennengelernt. Beide interessierten sich früh für die verstärkt aufkommende Feldbus-Kommunikation und waren überzeugt davon, dass man aus den damals gerade stattfindenden technologischen Veränderungen in diesem Bereich eine Geschäftsidee machen konnte: Entwicklungsdienstleistungen für andere Firmen, um damit wiederum die Basis für zukünftige eigene Produkte zu schaffen. Und da passte es perfekt zusammen, dass gerade zu dieser Zeit mit AS-i ein System in den Startlöchern stand, von dessen enormen Vorteilen die beiden Unternehmer von Anfang an überzeugt waren.

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Verdrahten mit AS-Interface – einfach, flexibel, kostengünstig

Maßgeblich für den Erfolg von AS-Interface, das vom Profil her zwar ursprünglich auf die Fabrikautomation ausgelegt war, recht schnell aber auch etwa für Prozess- und Gebäudeautomatisierung sowie Transportation (Schiff, Bahn, Straßenverkehr) interessant wurde, war die Tatsache, dass das Gesamtpaket von Anfang an gestimmt hat. Denn AS-i ist gerade für die einfachsten Module, die den Markt dominieren und die größte Anzahl von Sensoren und Aktuatoren darstellen, ideal. Man braucht keine abgeschirmten, schwierig zu konfektionierenden Kabel, um jeden Sensor/Aktuator einzeln mit der Steuerung zu verdrahten, sondern lediglich zwei nicht geschirmte, nicht verdrillte Adern in Form eines Profilkabels. An dieses gelbe Kabel, über welches Daten und Energie übertragen werden, kann man bis zu 31 Module je AS-i Kreis ganz einfach mit Hilfe einer Piercingtechnik anklemmen – und zwar ohne Einschränkungen bezüglich der Topologie genau dort, wo man sie gerade braucht. Und auch nachträgliche Veränderungen in Anlagen sind in der Regel kein Problem, weil man für Module, die später dazu kommen oder versetzt werden müssen, keine neuen Leitungen ziehen muss, sondern einfach das vorhandene AS-i Kabel verwenden kann. Aber AS-Interface überzeugt nicht nur durch seine Elektromechanik, auch in Bezug auf die Diagnose bietet das System von Anfang an im Vergleich zu anderen Lösungen viele Vorteile.

Grundsteinlegung für eigene Produkte

Für Bihl+Wiedemann begann der Einstieg in die Feldbustechnik zunächst mit Entwicklungsdienstleistungen von Feldbusschnittstellen zu Interbus, CAN und Profibus. Doch bereits im Jahr 1993 bekam das junge Unternehmen den Auftrag, einen AS-i Master zu entwickeln – und zwar für ein AS-i Interbus S Gateway. Dieser Master war übrigens der erste, der von AS-International auch zertifiziert wurde. Das auf der Hannover Messe 1994 vorgestellte Gerät war damit das erste Highlight in der Geschichte der Mannheimer und legte, wie anfangs erhofft, auch den Grundstein für die Entwicklung erster eigener Produkte. Bereits 1996 präsentierte Bihl+Wiedemann seinen ersten eigenen AS-i Master als Gateway zu Profibus, dem in den darauffolgenden Jahren Varianten für die Anbindung an alle gängigen Steuerungen folgten. Weitere wichtige Meilensteine in der Folgezeit waren ab 2001 die Analogmodule als erste komplexe Produkte im Slave-Bereich und die 2004 eingeführten Master/Gateways mit grafischem Display, Vor-Ort-Diagnose und robustem Edelstahlgehäuse: bis heute das Markenzeichen des Unternehmens.

AS-i Safety at Work – funktionale Sicherheit für Maschinen und Anlagen

War die Anfangszeit von AS-Interface geprägt von der zunehmenden Ersetzung der Parallelverdrahtung durch die Feldbustechnologie und der Weiterentwicklung des Systems im Bereich der Standardtechnologie, so kam mit Beginn der 2000er Jahre ein weiteres Thema auf, das in der Automatisierungstechnik immer mehr in den Fokus rückte: die funktionale Sicherheit von Maschinen und Anlagen. Auch für AS-Interface bedeutete das, dass man auf diesen immer wichtiger werdenden Trend reagieren musste, und so bildete sich eine Entwicklungsgemeinschaft, um den Weg für AS-i in die Welt der Sicherheitstechnik zu ebnen. Ergebnis dieser Entwicklung war AS-i Safety at Work, ein Sicherheitsprotokoll, das auf dem bestehenden AS-Interface System aufsetzt und es ermöglicht, Sicherheits- und Standardkomponenten parallel auf einer einzigen Leitung zu verwenden und diese darüber auch gleichzeitig noch mit Energie zu versorgen.

Auch Bihl+Wiedemann erkannte früh die Bedeutung der Sicherheitstechnik für die Automatisierung von Maschinen und Anlagen. Und es war nur ein logischer Schritt, dass die Mannheimer, deren enge Beziehung zu AS-i nicht zuletzt im Claim „The AS-Interface Masters“ zum Ausdruck kommt, bereits an der Grundlagenentwicklung und der Spezifizierung von AS-i Safety at Work mitarbeiteten und Teil der Entwicklungsgemeinschaft waren.

Überwachung sicherer Teilnehmer im AS-i Netzwerk

Für den Erfolg der Sicherheitslösung waren von Anfang an zwei Dinge entscheidend: die einfache Einbindung und Konfiguration von sicheren Teilnehmern in das bestehende AS-i System und deren effiziente Überwachung. Gelöst wurde das durch die gemeinschaftliche Entwicklung eines AS-i Sicherheitsmonitors in Verbindung mit einer Konfigurationssoftware. Während sich der AS-i Master weiterhin um die Standardteilnehmer im Netzwerk kümmerte, war es mit dem Sicherheitsmonitor jetzt möglich, im gleichen Netzwerk auch die neuen sicheren Teilnehmer zu überwachen.

Die Integration von AS-i Safety in das bestehende System bot auch für Bihl+Wiedemann ganz neue Optionen. So lag es für die Gateway-Spezialisten nahe, die Funktionalitäten des AS-i Sicherheitsmonitors auch direkt in ihr Portfolio an AS-i Gateways zu implementieren und somit Feldbusschnittstelle, AS-i Master und Safety-Einheit in einem einzigen Modul zu vereinen. Erstmals realisiert wurde das 2007 mit einem Profibus Gateway, viele andere folgten.

Weitere Highlights von Bihl+Wiedemann in der Sicherheitstechnik waren 2010 der Safety Basis Monitor als sichere Kleinsteuerung und 2011 die sichere Kopplung Safe Link – eine Lösung, mit der mehrere sichere AS-i Kreise unabhängig von der übergeordneten Steuerung miteinander vernetzt werden können. Und weil ein neues System auch immer nach einer Vielzahl von unterschiedlichen Modulen verlangt, hat das Unternehmen auch hier schnell ein breites Sortiment aufgebaut: vom einfachen sicheren Eingang bzw. Ausgang über Multi E/A Module bis hin zu Spezialitäten wie etwa Module für die sichere Drehzahlüberwachung.

Aktuelle Themen: Inbetriebnahme und Diagnose

Nach dem Einzug der Feldbus-Kommunikation und der Sicherheitstechnik sieht sich die Automatisierungstechnik seit einigen Jahren mit neuen Herausforderungen konfrontiert. Einmal sind es für AS-Interface eher klassische Themen wie die stetige Verbesserung von Inbetriebnahme- und Diagnosemöglichkeiten sowie die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von Sensoren und Aktuatoren in AS-i Netzen.

Für Bihl+Wiedemann waren diese Entwicklungen zum einen Anlass, seine Diagnosesoftware für die Analyse von AS-i Netzen stetig zu verbessern und mit ASIMON360 ein Update seiner Konfigurations- und Inbetriebnahme-Software zu realisieren. Zum anderen hat das Unternehmen mit seinen aktiven Verteilern mittlerweile eine Produktgruppe etabliert, die es ermöglicht, beliebige Module AS-i fähig zu machen. Und mit den IO-Link Master Modulen lassen sich jetzt auch IO-Link Sensoren einfach in AS-Interface integrieren.

AS-i Gateways jetzt 100 mal leistungsfähiger

Ein weiteres Thema, das die Welt der Automatisierungstechnik aktuell beschäftigt, ist die zunehmende digitale Vernetzung der industriellen Fertigung mit der Informationstechnologie – Stichwort Industrie 4.0. Dass hier auch die über AS-i eingesammelten Daten für Big-Data-Analysen eine wichtige Rolle spielen, liegt auf der Hand. Gleichzeitig bedeutet das aber für AS-Interface: zum einen müssen die Gateways noch einmal erheblich leistungsfähiger werden, weil die AS-i Daten neben sicheren und nicht-sicheren Steuerungen, Diagnoseprogrammen, Fernwartungsservern und Visualisierungstools in Zukunft auch für Analysen auf der obersten IT-Ebene benötigt werden. Und zum anderen braucht es einen weiteren Kommunikationskanal, der unabhängig von den Steuerungskanälen den Datentransfer zwischen dem Gateway und der IT-Ebene ermöglicht.

Bihl+Wiedemann hat auf diese Anforderungen reagiert und für seine AS-i Gateways eine neue, im Vergleich zur ersten Gateway-Generation um den Faktor 100 leistungsfähigere Plattform mit physikalisch getrennter OPC-UA-Schnittstelle entwickelt. Diese neue Schnittstelle ermöglicht den Datendurchgriff über alle Automatisierungs-, IT-, MES- und ERP-Ebenen bis in die Cloud. So können die Komponenten unterschiedlicher Hersteller in standardisierter Form vernetzt und ihre Daten auch auf mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets verarbeitet, analysiert und dargestellt werden.

AS-i in der Industrie 4.0

Die Entwicklung der letzten Jahre zeigt, dass die Leistungsfähigkeit der intelligenten Fabrik in Zeiten von Industrie 4.0 mit der Qualität der zu analysierenden Daten steht und fällt. Gleichzeitig brauchen immer komplexere Fertigungsanlagen aber immer einfachere Strukturen, um für Anwender beherrschbar zu bleiben. Auch wenn Big-Data-Analysen auf einer weitaus höheren Ebene als auf der der Aktuatoren und Sensoren stattfinden, ist es wichtig, dass die Daten in möglichst optimaler Form und auf möglichst effiziente Art dahin gelangen, wo sie analysiert werden können. Denn wenn die Daten, die von unten kommen, nichts taugen, dann taugt auch die beste Analyse nichts. Von daher sieht es so aus, als ob die Erfolgsgeschichte von AS-Interface und Bihl+Wiedemann auch in Zeiten von Industrie 4.0 ihre Fortsetzung findet.

* Thomas Rönitzsch, Bihl+Wiedemann

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