Halbleitermarkt Bedürfnisse ändern sich

Spricht man von der Industrie, deckt dieser Begriff unterschiedlichste Segmente ab. Allen gemeinsam ist, dass eine Zeit des Umdenkens angebrochen ist. Der Zwang zum Handeln geht von ökologischen wie...

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Weltweit genießt heute die effiziente Nutzung vorhandener Ressourcen aus ökologischer Sicht ein hohes Maß an Aufmerksamkeit, und gerade der Industriesektor sieht sich großem Druck ausgesetzt: neue Vorschriften und auch die Wünsche der Kunden sind zu erfüllen. Dieser Druck führt dazu, dass bei der Entwicklung von Anlagen und Geräten mehr als je zuvor auf eine geringere Energievergeudung, auf weniger Ausschussproduktion und minimale Ausfallzeiten geachtet werden muss. Das Zauberwort heißt Konnektivität – mit ihr will man mehr Effizienz und Produktivität erreichen. Die dichtere Vernetzung einzelner Prozessabläufe stellt dabei einen wesentlichen Aspekt dar. Ein effektiverer Datenfluss zu zentralen Kontrolleinrichtungen wirkt sich positiv auf das Qualitätsmanagement aus, und die Zuverlässigkeit der jeweiligen Anlage steigt.? RessourcenerhaltungDer Energiebedarf elektrischer Motoren beläuft sich auf 20% der weltweit verbrauchten Gesamtenergie. Durch eine variable Steuerung der Motorgeschwindigkeit lassen sich hier Einsparungen in der Größenordnung von etwa 50% realisieren. Solche ausgeklügelten Steuerungen stellen wiederum höhere Ansprüche an die Intelligenz der Steuerelektronik. Ist man sich des Anteils von Motoren am Stromverbrauch erst einmal bewusst, ergibt sich daraus die logische Konsequenz, sich auf einen besseren Wirkungsgrad von Motoranwendungen und die damit möglichen Energieeinsparungen zu konzentrieren. Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) liegen voll im Trend, speziell für Anwendungen mit Lüftern. Auch zwei andere Motortechnologien gewinnen im Zusammenhang mit Energiesparkonzepten zunehmend an Bedeutung: die SVC-Regelung (Sensorless Vector Control) und 3-Phasen-Motoren. Beide Konzepte setzen ein höheres Maß an Rechenleistung voraus, um eine präzisere Geschwindigkeits- und Positionsregelung zu realisieren. Dadurch steigen die Anforderungen an die darunter liegenden Komponenten, höhere Leis-tungsdaten bereitzustellen – und zwar bei möglichst geringem Stromverbrauch. Dank Mikrocontrollern mit integrierter PWM-Funktion (Pulsbreitenmodulation) lässt sich eine solche Regelung mit nur einem Chip realisieren. Je weiter die Anforderungen erhöht werden, umso höher wird der Stellenwert eines effizienteren Materialeinsatzes und Produktionsausschusses. Auch aus finanzieller Sicht sind eine zentrale Kontrolle und Identifizierung potenzieller Probleme sinnvoll. Qualitätsprobleme lassen sich leichter in den Griff bekommen und die Ursachen von Produktionsfehlern einfacher analysieren, wenn die Situation von einer zentralen Warte aus einschätzbar ist. Die Konzentration von Steuerungsfunktionen macht nicht bei der Fertigung halt, die Kontrolle ganzer Gebäudekomplexe ist einer der wichtigen Wachstumsbereiche in diesem Markt. Sowohl Produktions- als auch Verwaltungsbereiche lassen sich so ökologisch effizienter verwalten. ? KonnektivitätÜbergreifender Kommunikationsaustausch heißt das Schlagwort für die Zukunft, und wir sehen einen deutlichen Zuwachs, was den Einsatz von Standardprotokollen wie Ethernet angeht. Mit ihrer Hilfe gestaltet sich die Inter-operabilität zwischen Fabrikhalle und Büro wesentlich reibungsloser. Prognosen gehen davon aus, dass Ethernet-Installationen in der Industrie in den nächsten drei Jahren jährlich um mehr als 50% zunehmen (Quelle: ARC Advisory Group). Abwärtskompatibilität bleibt eine weitere Forderung, denn sie ermöglicht die Einbindung vorhandener proprietärer Lösungen. Und wenn neue Installationen effizient arbeiten sollen, so ist eine nahtlose Integration mit bereits installierten Geräten sicherzustellen.Datenmanagement für effiziente AbläufeIn der Industrie ist der Trend zu beo-bachten, eine nahtlose Kommunikation zwischen den einzelnen Abschnitten des Fertigungsprozesses und übergeordneten Managementfunktionen herzustellen. Dieses Datenmanagement ist ein wichtiges Instrument, um eine Industrieanlage noch effizienter zu gestalten, insbesondere dann, wenn es sich um die Koordination unterschiedlichster Prozessabläufe über mehrere Standorte hinweg handelt. Durch den Zugriff auf Daten, gleich ob direkt an der Quelle oder von einem zentralen Punkt aus, können solche Prozesse sehr viel besser kontrolliert werden. Dies ist wohl die Triebfeder für den Einsatz von Ethernet und USB im industriellen Umfeld als preisgünstige Alternative zu existierenden Protokollen. Auf Ethernet und USB basierende Tools und Geräte lassen sich immer wieder verwenden, Kosten für Installation und Unterhalt sinken, und man kann sich vom Ballast proprietärer Lösungen befreien. Solche Gateway-Funktionen sind auf dem Vormarsch, und Halbleiterbausteine müssen deshalb mit Schnittstellen für mehrere Protokolle ausgestattet werden. Diese übergreifende Konnektivität geht aber mit der Forderung nach minimalen Kosten und minimaler Stromaufnahme einher. Dies führt dazu, dass eine immer größere Anzahl von Mikroprozessoren in der Lage ist, gleich mehrere Protokolle zu bedienen. Sie verfügen über hohes Maß an Flexibilität, sodass sie die Steuerung einer Vielzahl von Schnittstellen bewältigen können. Gleichzeitig aber muss das Datenmanagement zwischen verschiedenen Protokollen zuverlässig und effizient ablaufen.Einsatzbereiche wie Feldbus-Gateways, die die Kommunikation zur Fertigungslinie und zu einzelnen Prozessgeräten herstellen, werden oft mit den unterschiedlichsten Protokollen vernetzt. Während sich Ethernet in diesen Bereichen rasch durchsetzt, bleiben Schnittstellen- und Abwärtskompatibilität zu existierenden Systemen für ein organisches Wachstum unverzichtbar. Nur wenn das Gateway über breit angelegte Unterstützung für eine Vielzahl von Protokollen verfügt, kann es seine Mittlerfunktion zwischen Ethernet-basierten und anderen Systemen wahrnehmen, z.B. die Trennung öffentlicher und nicht öffentlicher Datenströme, die über CAN, Ethernet oder proprietäre Protokolle ankommen. Daneben wird die Forderung erhoben, Systeme zukunftssicherer zu gestalten und ein Höchstmaß an Flexibilität zu gewährleisten, damit eine einfache Anpassung an sich ändernde Marktbedingungen erfolgen kann.Ethernet eignet sich jedoch immer noch nicht für alle Einsatzgebiete. Speziell in umwelttechnisch schwierigen Bereichen verfügt CAN immer noch über eine starke Position. Besonders in Branchen, die Wert auf 100%ige Datenintegrität legen, lässt sich dies beobachten, z.B. in der Printmedien- und Halbleiterherstellung. Auch CAN beginnt sich, dank seiner Vorteile in puncto Datenintegrität, über die traditionellen Industriebereiche hi-naus auszubreiten, hin zu Bankautomaten und medizintechnischen Geräten. Probleme bei der Vernetzung existierender Anlagen lassen sich in vielen Fällen durch den Einsatz von Funktechnologien, die ja insgesamt auf dem Vormarsch sind, überwinden. ZigBee adressiert den Wunsch nach einer preisgünstigen, standardisierten Funknetzwerklösung. Die Technologie arbeitet bei geringen Datenraten und zeichnet sich durch niedrigen Energieverbrauch, hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit aus. Entwicklern bietet sie eine herstellerunabhängige Interoperabilität der entsprechenden Produkte, und damit eignet sich ZigBee ideal für Anwendungen wie Sicherheitssysteme, Rauch- und Feuermelder und auch in Industrieprojekten überall dort, wo eine drahtlose Fernüberwachung gefragt ist. Durch die Funkverbindung zwischen Sensoren und Steuerkonsole können Sensoren nun auch in Anwendungen eingesetzt werden, wo dies bisher immer nur mit Schwierigkeiten verbunden war.Der Trend hin zu intelligenteren Steuerungen, gleich ob zentral oder dezentral über das System verteilt, stellt höhere Ansprüche an die Rechenleistung der Auswerteelektronik. Sensor- und Aktuatorfunktionen, die Regelkreise in Prozess-steuerungen, Datenaufzeichnung, Kommunikation und Diagnose müssen in Echtzeit ablaufen, sodass sich Probleme rasch erfassen und negative Auswirkungen minimieren lassen.Diese Aufgabenvielfalt setzt eine Steigerung der Rechenleistung in den Endknotenelementen voraus. Solche Knoten erfordern oft auch DSP-Funktionalität, die häufig mithilfe von diskreten DSPs realisiert wird. Integriert man diese DSP-Funktionalität zusammen mit den entsprechenden physikalischen Schnittstellen, Protokollunterstützung und Speicheroptionen auf dem Chip, so lassen sich die Bauteilekosten drastisch reduzieren, und auch die Strukturierung des Programmcodes für diese kostensensitiven Bereiche vereinfacht sich. Je höher der Stellenwert einer effizienten Ressourcennutzung steigt, desto dringender wird das Bedürfnis, ganze Fabriken zentral zu überwachen und zu steuern. Gebäudeautomatisierung kann Klimamodule ebenso beinhalten wie Sicherheitssysteme. Mithilfe von A/D-Wandlern lassen sich Endgeräte im System noch wesentlich präziser steuern. Neue Sensortechnologien sind auf dem Vormarsch, und die Vielzahl der mit ihrer Hilfe überwachten Datenquellen ermöglicht die Realisierung von Echtzeit-Systemen, die eine noch genauere Überwachung aller Randbedingungen gewährleisten. Dank der allgemeinen Akzeptanz am Markt und seiner bereits weit gediehenen Verbreitung in kommerziellen Gebäuden stellt Ethernet die ideale Wahl dar, wenn es darum geht, Gebäuderessourcen zu steuern: man bindet sie einfach als IP-adressierbare Komponenten ein.Automatisierung erfordert SicherheitskonzepteSicherheit ist ein weiterer Aspekt, der sich wie ein roter Faden durch alle Bereiche der Industrie zieht, vom Schutz von Software bis hin zu übergeordneten Steuerungsebenen, die gewährleisten, dass nur Berechtigte auf Daten zugreifen und in die Systemsteuerung eingreifen können. In der Vergangenheit ließ sich diese Funktionalität auf Grund der damit verbundenen Kosten und der Leis-tungsanforderungen meist nur schwierig in untergeordnete Systemknoten integrieren. Sicherheitsaspekte gewinnen jedoch zunehmend an Bedeutung, und das quer durch alle Bereiche eines Industriekomplexes. Im Rahmen des Trends zur zentralen Automatisierung von Gebäuden muss auch sichergestellt werden, dass sich keine Unberechtigten an Steuerungselementen zu schaffen machen. Die erhöhte Sicherheit, die Komponenten mit auf dem Chip integrierter Hardwareverschlüsselung bieten, erlaubt es, Sicherheitsfunktionen an allen Punkten des Systems zu realisieren. Es ist nicht nur wichtig, die Sensoren richtig anzusteuern, auch die abgerufenen Daten müssen geschützt werden – ein besonders wichtiger Aspekt bei der sicherheitsorientierten Verwaltung. Videodaten müssen oft über ungeschützte Netze hinweg transportiert werden, und das Bedürfnis entsteht, die Daten zu verschlüsseln und so sicherzustellen, dass sie nur für berechtigte Nutzer zugänglich sind. Industrieprozesse stellen auch aus gesundheitlicher und sicherheitstechnischer Sicht eine ständige Herausforderung dar. Die Belegschaft muss geschützt, die Produktivität aber aufrechterhalten werden. Unfallverhütung hat eine Schlüsselstellung. Die Ausrüstung mit intelligenterer Sensortechnologie macht eine lückenlose Überwachung auf etwaige Gefahrenpotenziale hin möglich. Beschleunigungssensoren können in Projekten verwendet werden, um Fall- und Neigevorgänge ebenso wie Bewegungsabläufe, Positionierung, Erschütterungen und Vibrationen zu erkennen. So kann durch kontinuierliche Überwachung gewährleistet werden, dass sich die Anlagen wie erwartet verhalten, ohne dass sich das Personal unnötigem Risiko aussetzen muss.

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