AOI-Systeme werden meist in Produktionsanlagen integriert, um eine möglichst zeitnahe Kontrolle der Produktqualität durchzuführen und so ggf. schnell in den Produktionsprozess eingreifen zu können. Fehlerhafte Produkte können so schnell detektiert und Ausschuss vermieden werden. Voraussetzung für die Integration ist die schnelle und sichere Kommunikation des AOI-Systems mit der übergeordneten Anlagensteuerung. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die gängigsten standardisierten Kommunikationsprotokolle.

Kommunikationsprotokolle

Diskrete E/A

Im einfachsten Fall wird eine Schnittstelle zwischen einem Kamerasystem und der Anlagensteuerung (SPS) über (optoentkoppelte) Ein- und Ausgänge an Kamera und Steuerung hergestellt. Über ein binäres Signal erhält die Kamera die Information über den Start der Bildaufnahme. Nach der Bildanalyse erhält die Steuerung das Ergebnis ebenfalls über ein binäres Signal zurück. Der Vorteil bei der Verwendung von diskreten Ein- und Ausgängen liegt zum einen an der Einfachheit, aber vor allem auch in der Geschwindigkeit. Sollen Teile in Bewegung geprüft werden, so ist dies die erste Wahl. Die meisten Kameras bieten einen speziellen Hochgeschwindigkeitseingang für das Start-Signal. So kann die Bildaufnahme ohne zeitliche Verzögerung gestartet werden. Der Nachteil dieser Schnittstellenvariante liegt in der begrenzt verfügbaren Anzahl der Ein- und Ausgänge. Sollen weitere Daten wie bespielsweise Messwerte übertragen werden, so muss für die Schnittstelle zumindest eine Kombination mit einem industriellen Kommunikationsprotokoll gewählt werden.

PROFIBUS

PROFIBUS (Process Field Bus) ist ein applikationsunabhängiges Feldbus-Protokoll und basiert auf der seriellen Kommunikation. Es ist standardisiert in IEC 61158 und hat sich in vielen industriellen Anlagen über Jahre hinweg bewährt. Es ist mit ca. 60 Mio. Geräten das erfolgreichste Protokoll der Vergangenheit. Ein großer Vorteil ist die Störsicherheit.
PROFIBUS ist als Master/Slave-System ausgelegt. Bis zu 126 Geräte können in Reihe an einem PROFIBUS -Kabel angeschlossen werden, was auch für komplexe Maschinen ausreicht. Die Norm empfiehlt, dass der Anschluss der Teilnehmer über (9-polige) SUB-D-Stecker erfolgt. Die Kabellänge darf je nach verwendeter Bitrate zwischen 100 und 1200 m betragen.
Durch die Linien-Topologie und eine maximale Datenrate von 12 MBit/s ist der Datendurchsatz allerdings limitiert. Hier bieten neuere Protokolle mehr Geschwindkeit, was vor allem in Hinblick von Industrie 4.0 wichtig wird.

PROFINET

PROFINET (Process Field Network) wurde von Siemens und der PROFIBUS-Organisation entwickelt und ist in der IEC 61158 und der IEC 61784 standardisiert. Es basiert auf Ethernet-TCP/IP, worin auch einer der Vorteile des Protokolls liegt, da für die Basis-Variante von PROFINET Standard-Komponenten verwendet werden können. Bei einer maximalen Datenrate von 100 MBit/s können Leitungslängen von bis zu 100 m realisiert werden. Der Anschluss erfolgt über Kabel mit RJ45-Steckern oder industriell geeigneteren M12-Steckern. Die Topologie ist nicht wie bei PROFIBUS auf die Linien-Topologie beschränkt, sondern kann eine Kombination von Stern-, Baum, Linien- und Ringstrukturen enthalten.

Wie PROFIBUS ist auch PROFINET als Master/Slave-System konzipiert, was hier Controller und Device genannt wird. Ein Gerät kann zudem gleichzeitig ein Controller und ein Device sein. Mit dieser Konfiguration lassen sich beispielsweise Daten von verschiedenen Steuerungen direkt austauschen. Die Aktualisierungszeit kann pro Device einzeln festgelegt werden und ermöglich so eine hohe Flexibilität in Hinblick auf die Verteilung der Datenlast.

EtherNet/IP

EtherNet/IP basiert ebenso wie PROFINET auf Ethernet und wurde von Rockwell Automation und der ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) entwickelt. Es ist in IEC 61158 standardisiert. Alle kompatiblen Geräte werden von der ODVA zertifiziert. Ethernet/IP ist konform zu den IEEE-Ethernet-Standards. Die Geräte werden mittels einer Stern-Toplogie miteinander verbunden und bietet Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 100 MBit/s. Auch hier können Standard-Komponenten für die Realisierung des Automatisierungsnetzwerks verwendet werden. EtherNet/IP ist insbesondere im amerikanischen Markt und im Umfeld von Rockwell-Steuerungen weit verbreitet.

OPC UA

OPC Unified Architecture ist eine Weiterentwicklung von OPC, welches von der OPC Task Force, einer Vereinigung von einigen großen Firmen aus der Automatisierungsindustrie, geschaffen wurde. Von der OPC Foundation wurde die Weiterentwicklung von OPC angestoßen, um die Nachteile von OPC zu eliminieren. War OPC noch plattformabhängig, da es auf der COM/DCOM-Technologie von Microsoft basierte, kann nun OPC UA plattformübergreifend eingesetzt werden. OCP UA basiert auf binärer TCP/IP- oder alternativ SOAP-Kommunikation. Die Übertragung der Daten erfolgt über Ethernet und die Kommunikation basiert auf dem Server/Client-Prinzip. Ein OPC-Client kann mit einem oder mehreren OPC-Servern kommunizieren. So lassen sich Daten über das gesamte Netzwerk von der SPS bis hin zum ERP-System übertragen. Aus diesem Grund wurde UPC UA zu einem der wichtigsten Kommunikationsprotokolle für die Industrie 4.0.

Kommunikationsprotokolle für AOI-Systeme

Welches Kommunikationsmodell für ein konkretes Bildverarbeitungsprojekt gewählt wird, hängt zum einen von den Gegebenheiten in der Anlage sowie von den Kommunikationsprotokollen ab, die von den Komponenten unterstützt werden. Im Bereich der intelligenten Kameras gibt es hier durchaus Unterschiede. Die Smart-Kamera-Reihe In-Sight von Cognex bietet alle auf Ethernet basierten Kommunikationsprotokolle sowie diskrete E/A, was Ihnen bei der Integration in die Anlage volle Flexibilität ermöglicht. Ist die Aufgabenstellung für die Analyse der Bilder komplexer und muss auf ein PC-basiertes System ausgewichen werden, so können Sie auch hier auf alle der oben genannten Schnittstellen zurückgreifen.

Die Smart-Kamera Reihe In-Sight von Cognex bietet alle gängigen Industrieprotokolle und lässt sich somit flexibel einsetzen.