Neue Methoden zum kostengünstigen Monitoring von Datenleitungen in laufenden Industrieanlagen

Offenburg/Ilmenau, 22.02.2018. Am 21. Februar 2018 wurden Vertretern des projektbegleitenden Ausschusses aus zehn Unternehmen zum Konsortialtreffen in Offenburg Details zu dem 2017 gestarteten zweijährigen Forschungsvorhaben „Ko²SiBus – Kontinuierliche und kostengünstige Signalüberwachung für industrielle Bussysteme“ präsentiert. Das Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (ivESK) an der Hochschule Offenburg und das Team der Professur für Mess- und Sensortechnik an der Technischen Universität Chemnitz werden gemeinsam mit dem IMMS in dem durch die Deutsche Forschungsgesellschaft für Automatisierung und Mikroelektronik e.V. (DFAM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt neue Lösungen erarbeiten, mit denen sich solche Ausfallzeiten und Wartungsaufwände in Industrieanlagen deutlich verringern lassen, die auf bislang schwer auffindbare Störungen in Datenkabeln zurückzuführen sind.

Damit in der Industrie hochautomatisierte Prozesse reibungslos ablaufen können, werden Zustände und Abläufe in Maschinen und Anlagen einem permanenten Monitoring unterzogen. Die drahtgebundenen Ethernet-basierten Kommunikationsleitungen für den schnellen und sicheren Datenaustausch und für die Vernetzung von Industrieanlagen werden gegenwärtig jedoch noch nicht kontinuierlich überwacht. Ein Grund dafür ist neben der hohen Anzahl an Ethernet-Kabeln, dass die meisten dieser Leitungen verdeckt und schwer zugänglich verlegt sind, um Produktionsabläufe nicht zu behindern. Kabelbrüche und Störungen müssen bislang meist bei Maschinenstillstand und losgelöst von der Anlage mithilfe von zusätzlichen Messgeräten untersucht werden.

Um die damit verbundenen Ausfallzeiten und Wartungsaufwände zu minimieren, werden im Projekt Ko2SiBus Lösungen erarbeitet, mit denen künftig die Signalqualität der drahtgebundenen Ethernet-basierten Installationen während des regulären Anlagenbetriebs kontinuierlich und kostengünstig überprüft werden kann.

Damit sollen sich nicht nur Wartungen besser planen lassen. Das neue Konzept soll es auch erlauben, die Monitoring-Daten über eine einheitliche und offene Schnittstelle weiterzugeben, so dass eine Integration in kundenspezifische Monitoring-Lösungen einfach möglich ist. Die Lösung soll in bestehende Anlagen nachgerüstet werden können, z.B. als Erweiterung für Switches, und sich als Feature direkt in Netzwerkknoten von Industrie-4.0-Anlagen integrieren lassen.

Die TU Chemnitz liefert die theoretische Vorarbeit für die Entwicklung des eingebetteten Kabeldiagnoseverfahrens in Ko²SiBus. Hierzu werden eine Vielzahl bestehender Prüfverfahren verglichen und analysiert, wie zum Beispiel die Time Domain Reflectometry (TDR). Die zentrale Herausforderung ist hierbei, das Diagnoseinstrument in Industrieanlagen einzusetzen, ohne dafür deren Betrieb zu unterbrechen. Damit soll eine wesentliche Verbesserung zum derzeitigen Stand der Technik erreicht werden. Auf Basis eines speziell angepassten Demonetzwerks soll die Theorie mit der Praxis verglichen werden, unter anderem durch die Betrachtung von typisch auftretenden Kabelfehlerereignissen.

Die Hochschule Offenburg befasst sich in dem Projekt überwiegend mit den erforderlichen Kommunikationsschnittstellen, über welche die Analysedaten an höhere Systeme weitergegeben werden. Dabei kommen Standardprotokolle zum Einsatz, die für die Verwendung auf kleinen leistungsarmen Mikrocontrollern angepasst und optimiert werden müssen. Zudem werden von der Hochschule Offenburg die entsprechenden Steuerungen der Analysefunktionen umgesetzt.

Das IMMS wird auf der Grundlage dieser Zuarbeiten ein eingebettetes System entwerfen und hierfür passende Schaltungskonzepte erarbeiten. Basierend auf dem Know-how aus Entwicklungen für Sensoriklösungen unter anderem zum Monitoring von Industrieanlagen wird in Ko²SiBus ein System realisiert, das physikalische Signalparameter mittels integrierter analoger und digitaler Bauteile verfolgt und Abweichungen an eine Überwachungszentrale meldet. Die Funktionalität soll anhand eines Demonstrators, den das IMMS aufbauen wird, erprobt werden.

„Viele unserer Kunden wünschen eine vorausschauende Fehlererkennung bei Ethernetkabeln“ so Friedrich Becker, Leiter Kompetenzfeld Software & Kommunikation bei der TURCK Electronics GmbH. „Um die Fehler zu finden und zu beheben, vergehen oft Stunden mit Fertigungsstillstand. Die neuen Methoden sollen derartige Fehler im Vorhinein erkennen und so Stillstand vermeiden. Wir werden daher die Ansätze, über die wir uns heute ein genaueres Bild machen konnten, mit Rat und Tat begleiten.“